助力达成碳中和进程,实现建材产业新发展

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全球减少二氧化碳排放,实现碳中和,主要通过五个领域来实现,其中有三个终端用能领域:建筑、工业和交通运输;有两个二次能源的生产领域:发电和氢能。

在建筑领域,二氧化碳的来源主要是在建筑使用过程中消耗化石能源产生的排放,其次是建筑材料生产过程中排放的。而在建筑使用过程中的二氧化碳排放,在我国北方,主要是冬季采暖造成的;在我国南方,则主要是夏季空调制冷造成的。减少建筑采暖和空调制冷而产生的二氧化碳排放,一是靠提高建筑能效,即建筑节能,二是靠使用可再生能源替代化石能源。

提高建筑能效需要提高建筑外围护的保温性能,包括墙体和门窗,减少冬季室内的热量流失、夏季室外的热量流入。这些都需要建材发挥作用。

建筑领域的二氧化碳排放量在全社会的二氧化碳排放量中占有显著的比例,通过使用节能建材可为建筑领域的二氧化碳减排作出巨大贡献。在德国,建筑采暖排放的二氧化碳,占全社会二氧化碳排放的20%左右;提高建筑能效,平均可节省建筑采暖能耗80%左右,即减少全社会二氧化碳排放的16%左右。在我国,随着人民生活水平的提高,对居住舒适度的要求也越来越高,建筑采暖和空调制冷造成的二氧化碳排放在全国二氧化碳排放总量中的占比不断提高。因此,通过使用节能建材降低建筑采暖和空调制冷的能耗,是二氧化碳减排的主战场之一。当然,这也就促进了建材领域的大发展。

我国每年有10多亿平方米的新建建筑。提高建筑能效,单位建筑面积的投资要增加数百元甚至上千元,其中有上百元甚至数百元(每平方米)是保温材料、保温门窗及辅助材料的购置费用增量,而提高这些建筑能效的材料和部件的采购费用每年总计就会增加数千亿元。

这些材料和部件包括难燃的保温材料,如聚苯乙烯泡沫、聚碳酸酯泡沫;也包括不燃的保温材料,如玻璃棉;还有保温砂浆及高科技的气凝胶;另外还有一些保温墙体的辅助材料,譬如窗框与墙体的弹性填充材料,用来防止冬季由于材料冷缩窗框和墙体间出现透风的缝隙。过去的普通中空双层玻璃窗传热系数K值一般为约3W/(㎡·K),单位面积的价格200元/㎡左右;而现在镀Low-E膜充惰性气体使用保温窗框的双层甚至三层玻璃窗,单位面积的价格达1000元/㎡左右。

另外,我国还有几百亿平方米的既有建筑,未来需要进行节能改造,其改造费用总计达10万亿元以上,其中提高建筑能效的材料和部件的采购费用总计达数万亿元。毫无疑问,实现碳中和目标将会给建材产业带来巨大的商机。

降低建材生产过程中产生的二氧化碳排放,首先要提高建材生产过程中的能效,减少能源的使用,其中余热回收利用是重要的手段。水泥、玻璃、烧制砖和陶瓷等产品的生产过程中使用大量的热,因此余热回收利用减排二氧化碳的潜力很大。

其次要在建材生产过程中不断提高使用可再生能源的比例,直至全部使用可再生能源。需要说明的是,未来电网中有越来越多的过剩风光电,过剩风光电的价格远低于化石能源的价格。利用过剩风光电,不仅减少了建材生产过程中二氧化碳的排放,还降低了生产成本,同时消纳过剩的风光电,为电网的稳定作出贡献,可谓一箭三雕。

在水泥生产过程中,石灰石(碳酸钙)焙烧变成生石灰(氧化钙)会排放出大量的二氧化碳。全国水泥工业每年焙烧石灰石排放的二氧化碳高达好几亿吨,在全国的二氧化碳排放总量中超过5%。这部分二氧化碳只能捕捉后封存到地下,或者与使用风光电电解水制得的绿氢结合,生产碳氢化合物。二氧化碳地下封存技术未来有很大的不确定性;使用氢与二氧化碳结合制碳氢化合物,在技术上成熟,但现在经济上不合算。不过未来使用风光电电解水制氢的成本会大幅下降,估计到2040年左右,使用风光电电解水制得的绿氢与石灰石焙烧产生的二氧化碳结合生产碳氢化合物在经济上是合算的。这项技术何时合算,与二氧化碳排放权的交易价格或碳税的高低有很大关系。目前我国国内的二氧化碳交易权的价格太低,每吨二氧化碳的排放权才50元左右,而欧盟的二氧化碳排放权为每吨50欧元左右。

提高水泥的质量和强度标准,能够减少水泥的用量,进而减少二氧化碳的排放量,所以需要国家尽快提高水泥的有关标准。

利用废旧建材替代新建材,能大大减少生产新建材排放的二氧化碳。

BIPV(光伏建筑一体化)是将建材与光伏组件结合的产品。按单位功率计算,BIPV的价格比光伏组件高,但其具有建筑外装饰墙板/屋顶的功能。扣除其作为同等装饰效果的建材成本,则其价格很可能还低于光伏组件。现在光伏发电的成本已经低于从电网购电的价格,因此未来新建建筑会大量使用BIPV。至2050年,BIPV在我国的安装容量会达到数亿千瓦,总计投资会达到上万亿元人民币。每千瓦的BIPV平均每年能减排二氧化碳超过1吨。而全球BIPV的安装容量会超过十亿千瓦,总计投资会达到数万亿元人民币。现在全球75%左右的光伏组件是中国制造,如果不出意外,未来全球的BIPV也将大部分是中国制造。这也是未来建材行业规模最大、发展最快的行业分支。

现在我国每年进口数千亿美元的石油、天然气和煤炭等化石能源。在碳中和时代,我国几乎不再进口化石能源。这其中很大一部分就是节能建材、建材生产过程中减少二氧化碳排放和光伏建筑一体化的贡献。我国将每年出口上千亿美元的可再生能源产品,包括风力发电设备、水力发电设备、电动汽车动力电池、光伏设备。其中包括平均每年上百亿美元的光伏建筑一体化及没有二氧化碳排放的其他建材产品。我国的建材产品,会以更大的规模走向世界。

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