水泥产品全生命周期碳足迹计算

　　本计算案例展示了水泥碳足迹计算的基本框架和方法论，突出了其“高碳”属性的根源，并指明了减排的主要方向。

　　计算案例背景与目标

　　产品：普通硅酸盐水泥(P.042.5)

　　功能单位：1吨合格水泥产品。这是碳足迹计算的基准单位，所有数据都归一化到此。

　　系统边界：从摇篮到坟墓(Cradle-to-Grave),包括：

　　A1-A3：上游阶段(原料获取、运输、生产);

　　A4-A5：下游阶段(运输到工地、施工建造);

　　B1-B5：使用阶段(维护维修);

　　C1-C4：寿命结束阶段(拆除、废弃物运输、处置、回收)。

　　目标：量化生产和使用1吨该型号水泥所产生的温室气体总排放量(以二氧化碳当量，CO2e表示),识别碳排热点，为减排策略提供数据支持。

　　生命周期阶段分解与数据收集

　　假设为一家水泥厂进行计算，收集了以下典型数据：

　　A1-A3：原材料获取、运输与生产(核心阶段)

　　这是碳足迹的主要来源，通常占90%以上。

　　1.A1：原料获取(石灰石、粘土、砂岩、铁粉等)。

　　活动：石灰石矿山开采、电力消耗、炸药使用等。

　　数据：生产1吨水泥约需1.5吨生料。开采过程碳排放因子约为10kgCO2e/吨生料。

　　计算：1.5吨生料×10kgCO2e/吨=15kgCO2e。

　　2.A2：原料运输

　　活动：原材料通过柴油卡车从矿山运输到工厂(平均距离50公里)。

　　数据：柴油卡车排放因子约为“0.12kgCO2e/吨·公里”。

　　计算：1.5吨生料×50公里×0.12kgCO2e/吨·公里=9kgCO2e

　　3.A3：水泥生产(最关键环节)

　　(1)生料粉磨：消耗电力。

　　电耗：约30kWh/吨水泥。

　　排放因子(基于中国区域电网):0.6101kgCO2e/kWh。

　　计算：30kWh×0.6101kgCO2e/kWh=18.3kgCO2e。

　　(2)熟料烧成：

　　化学分解：石灰石(CaCO3)分解生成石灰(CaO)和CO2。这是最大的碳排放源，过程排放无法避免。

　　化学反应：CaCO3→CaO+CO2。

　　计算：约生成520kgCO2/吨熟料。生产1吨水泥约需0.65吨熟料。

　　计算：0.65吨熟料/吨水泥×520kgCO2e/吨熟料=338kgCO2e。

　　燃料燃烧：煤粉在回转窑中燃烧提供热量。

　　煤耗：约0.1吨标准煤/吨水泥。

　　煤炭排放因子：2.64kgCO2e/公斤煤。

　　计算：0.1×1000公斤煤×2.64kgCO2e/公斤煤=264kgCO2e。

　　(3)水泥粉磨：将熟料、石膏等混合粉磨，消耗电力。

　　电耗：约40kWh/吨水泥。

　　计算：40kWh×0.6101kgCO2e/kWh=24.4kgCO2e。

　　A1-A3阶段小计：15(A1)+9(A2)+18.3(粉磨电)+338(过程排放)+264(燃料)+24.4(终粉磨电)=668.7kgCO2e/吨水泥。

　　A4：产品运输(工厂到建筑工地)

　　活动：水泥通过柴油罐车运输至工地，平均距离100公里(按照散装水泥计算碳排放，袋装水泥则高出一倍以上，见附件4的比较计算案例)。

　　计算：1吨水泥×100公里×0.12kgCO2e/吨·公里=12kgCO2e。

　　A5&B2-B5：施工建造与使用维护

　　水泥本身在使用阶段(作为混凝土的一部分)通常被认为是惰性的，不直接排放CO2。主要的排放来自于施工过程中的能耗(如搅拌、泵送)以及长期的维护、修复(如修补混凝土结构)。

　　此部分计算复杂，高度依赖于具体项目。本例中做一个简化假设：施工和维护产生的碳排放占水泥自身A1-A3阶段碳排放的5%。

　　计算：668.7kgCO2e×5%=33.4kgCO2e。

　　C1-C4：寿命结束阶段

　　活动：建筑拆除、水泥混凝土废弃物运输至填埋场或回收站。

　　假设：废弃混凝土被粉碎后用作路基材料(回收利用),避免了生产新骨料的部分排放，但拆除和运输过程仍会产生排放。

　　简化计算：

　　拆除能耗：5kgCO2e/吨水泥(估算)

　　废弃物运输(50公里)：1吨废弃物×50公里×0.12kgCO2e/吨·公里=6kgCO2e

　　回收收益(负值):由于作为骨料替代，避免了开采天然骨料，可抵扣-15kgCO2e/吨水泥。

　　C阶段小计：5+6-15=-4kgCO2e。

　　碳足迹汇总

　　见附表：1吨水泥的全生命周期碳足迹

　　结论：生产和使用1吨P.042.5水泥的全生命周期碳足迹约为710kgCO2e。

　　分析与减排建议

　　通过以上计算，可以清晰地识别出碳排热点：

　　1.熟料生产是绝对核心(占A1-A3的90%以上)。

　　过程排放(47.6%)：技术上是最大的挑战，目前的思路主要是通过碳捕获、利用与封存(CCUS)技术来最终解决，但成本高昂。

　　燃料燃烧(37.2%)：替代燃料是有效手段。使用生物质燃料、垃圾衍生燃料(RDF)等替代部分煤炭，可以显著降低化石碳排。

　　2.电力消耗(6.0%)：通过技术升级(如辊压机终粉磨系统)降低电耗，以及采购绿色电力(光伏、风电)或自发绿电来实现减排。

　　3.降低熟料系数：在水泥产品标准允许范围内，增加矿渣、粉煤灰等替代性混合材的比例，减少熟料用量。这是目前最经济、最立竿见影的减排措施。

　　4.运输与施工：优化物流网络，减少运输距离;在施工现场推广节能技术和设备。

　　案例的局限性与不确定性

　　数据来源：本例使用了行业平均数据和公开排放因子。最精确的计算应使用工厂自身的实际能耗、物料平衡和运输日志数据。

　　地域差异：电网排放因子(电力碳强度)因国家/地区而异，对结果影响较大。

　　技术差异：新型干法窑或磨及工艺或水泥品种等的能耗效率差别较大。

　　使用和结束阶段：这两个阶段高度情景化，本例进行了大量简化。更精确的计算需要与具体的建筑项目生命周期评估(LCA)相结合。(崔源声)