全球首选的建筑材料是对气候造成不良影响的主要因素之一。我们可以做些什么来减少其负面影响？

140 亿立方米。这就是我们每年生产的水泥量。[1]到 2050 年，这一数字将达到 200 亿。[2]

无论是直接使用，还是被加工转变成混凝土，从公寓、办公室、学校，到桥梁、道路、医院，我们消耗量最大的资源无处不在。它也是导致气候变化的最主要因素之一，仅混凝土就占了全球二氧化碳排放量的 7%。[3]

水泥和混凝土是实现将全球变暖限制在 1.5 摄氏度这一主要目标的关键所在。好消息是创新和改进的解决方案正在不断涌现，包括碳捕获、利用和存储（CCUS）、回收、替代材料的使用。然而，仍然存在巨大的投资、激励、监管和协调障碍。

未来（还）不确定。

艰巨的任务

水泥产量预计将持续增加，以满足日益增长的全球需求。[4]然而，全球水泥和混凝土协会 (GCCA) 呼吁到 2050 年实现完全脱碳——到 2030 年，每公吨水泥的二氧化碳排放量减少 20%，每立方米混凝土的二氧化碳排放量减少 25%（与 2020 年的水平相比）。[5]

根据 MSCI 可持续发展研究所的数据，水泥行业需要在 2023 年至 2050 年期间将其基于收入的排放强度平均每年降低 7.2%，以根据绿色金融系统网络 (NGFS) 的“2 摄氏度”情景在 2100 年前实现碳中和。[6]这与行业承诺的减排量相冲突（见下文）。

预测认为，大规模行业脱碳所需的技术在短期内既无法达到可以投入使用的技术成熟度，其成本也难以与现有的解决方案持平。[7]

截至 2023 年 8 月，超过三分之一的生产商宣布了净零排放或碳中和目标。[8]然而，到目前为止，只有两家生产商——Cemex 和 Holcim——已经设定了由科学碳目标倡议 (SBTi) 所验证的目标，这些目标将在 2050 年达成净零排放，并且助力全球将变暖幅度控制在 1.5⁰C 以内。[9]

促进减排的更多方法

在 2030 年之前，最重要的收益将来自更高效和更有效的混凝土、水泥和熟料的使用。之后，CCUS 可能会扮演更重要的角色。

没有什么万能良方。减少混凝土和水泥产生的二氧化碳将需要整个供应链的多种协调努力。如下图所示，按照目前的排放速度，2022 年至 2050 年期间混凝土和水泥行业将排放 98 千兆吨 (Gt) 的二氧化碳，这是该行业能够帮助实现全球 1.5⁰C 路径目标所能承受排放量的两倍。[10]

尽管长期解决方案至关重要，但根据一些估计，新兴的脱碳技术可能会在这十年中使排放量大幅减少，到 2030 年将减少约 40%。[11]

让我们来了解可用的干预措施。

减少使用混凝土和水泥

这是一个显而易见的开端。行业应该回收更多的混凝土，并使用更多的回收材料来进行生产（如下文所述）。可重复使用的混凝土模块可以分解或整合到新的结构中，这在北欧国家很受欢迎。[12]

而且，仅在必需的时候才去建造。许多建筑物可以重新利用，例如将仓库转换为社会福利住房。世界经济论坛的专家估计，到2050年，针对水泥和混凝土采用循环解决方案可以避免或减少约 26 亿公吨的二氧化碳排放。[13]

添加更多外加剂

外加剂可以使混凝土更容易使用和更持久，从而减少数量和成本。外加剂还可以使混凝土更易于回收利用。根据世界经济论坛的数据，在现行标准下外加剂可以将混凝土的二氧化碳排放量减少高达 30%，在更新标准下减少高达 50%。[14]更多的人必须了解外加剂的脱碳潜力，或者如何相应地调整其混凝土混合物。[15]

改善物流和基础设施使用

混凝土和水泥是重质、低利润的商品，通常使得它们因成本太高而无法长途运输。各个工厂需要轻松地获取原材料、低碳能源、碳捕获基础设施和更高效的供应链。[16]然而，并不是所有这些解决方案都现实可行，因此最终必须在当地层面解决问题。

使用替代燃料使生产脱碳

典型水泥厂三分之一的排放来自燃烧煤炭、石油焦炭和其他化石燃料，以加热窑炉。[17]用可再生电力为窑炉供电将有所帮助；由可再生能源供电的高热等离子体发生器展现出潜力。[18]同时，改用生物质和污水污泥等基于废物的替代品，可以减少高达 17% 的总排放量。[19]这种方法已经有很强的应用实例支撑。2022 年，Cemex 建成了一家英国工厂，该工厂使用 100% 替代燃料。[20]同年，Holcim 报告称，其热能需求中有 28% 使用替代燃料，目标是到 2030 年达到 50% 的使用率。[21]根据 MSCI 可持续发展研究所的数据，替代燃料的排放量可能远低于水泥行业的既定目标，并且由于其可负担性，到 2100 年，长期排放量的减少速度可能比目前的净零排放快得多。[22]生产商还在开发专有的废物回收业务，目标是在其窑炉中使用工业和城市废物。[23]

减少使用熟料

混凝土的可负担性、多功能性和耐用性受到熟料结合能力的极大影响。熟料是混凝土的主要成分之一，由石灰石和矿物质混合制成。遗憾的是，它是通过在窑炉中烤制石灰石到超过 2,552 华氏度来生产的，每生产一公吨水泥就会排放约 622 公斤二氧化碳。[24]熟料自身约占水泥生产中排放量的 90%。[25]两种方法可以使熟料的碳足迹减少一半：避免使用它或通过碳捕获使生产脱碳：[26]

增加使用 SCM

熟料可以由排放强度较低的材料所替代，如飞灰、金属炉渣、再生混凝土或煅烧粘土，这些材料被称为辅助性凝胶材料 (SCM)。[27]飞灰和高炉矿渣粉 (GGBS) 分别是燃煤和炼铁的副产物。两者都提供了使用废物的有效方法，同时避免了熟料的生产。[28]具有讽刺意味的是，随着煤炭发电的衰退和钢铁产量的增长，这些材料将逐渐消失。幸运的是，还有其他选择。煅烧粘土是全球范围内天然存在的物质，在水泥需求正达到顶峰的全球南部地区非常丰富。一些估计表明，如果煅烧粘土成为水泥的首选，它可以将该行业的排放量减少 30-40%。[29]SCM 目前占全球水泥产量的 15% 左右，但估计可能会增加到 30%-50%。[30]

询问算法

机器学习和控制技术使新兴公司能够优化水泥质量，同时纳入低碳替代品。美国绿色水泥初创公司 Alcemy 报告称，通过在欧洲和美国扩展解决方案，可将二氧化碳降低高达 50%，同时提高质量。[31]Fero Labs 和 AlCrete 等其他初创公司正在帮助实时优化水泥和混凝土生产，以降低二氧化碳的混合物。[32]

碳捕捉

通过控制生产过程中排放的二氧化碳，可实现熟料的脱碳。CCUS 在所有方案中拥有最大的减排潜力，占 Mission Possible Partnership (MPP) 报告中所有方案的减排量的 35%-50%，使净零混凝土和水泥成为可能。[33]理论上，CCUS 甚至可以生产净零排放的熟料。然而，CCUS 相对较新、价格昂贵，并且可能是能源和水密集型的。如果排放了低浓度的二氧化碳（约 15%-20%），则需要大量能源来将其富集到适当的水平。[34]

由于其高昂的成本，CCUS 主要仅限于大型企业和那些能够获得存储容量和用于捕获碳的参与者，例如使用矿化碳且拥有政府支持和负担得起的可再生能源的行业。[35]在某些地方，现有企业正在探索改造以增加 CCUS。[36]当回收建筑和拆除废物时，二氧化碳也可以储存在混凝土集料中。[37]

对于拥有大量廉价可再生能源和支持性监管措施的地区（如美国和欧洲）的战略性建造大型工厂，可将低碳熟料的生产成本降低高达 60%。

运输、储存、使用捕获碳带来了挑战，尤其是对全球南部地区而言。尽管 CCUS 对脱碳至关重要，但该行业必须避免过度依赖这种欠发达的技术，同时研究、开发、投资和监管也需及时赶上。为了引导脱碳的途径，必须采用平衡、不断发展的方法，并在可行时纳入上述解决方案。

更多的资金、监管和合作

到 2050 年实现净零排放需要一套政策和金融工具的组合，以创造创新和脱碳的有利环境。[38]正如 RMI 指出的那样，“考虑到该行业长期的资本资产，2050 年只是一个投资周期。”[39] 该行业现在必须采取行动，以确保重大的新投资可兼容净零排放。

MPP 混凝土和水泥行业转型战略[40]是规划长达数十年的水泥和混凝土净零排放之旅的路线图，其需要大量的技术、金融和政策干预。行业、政府和财务利益相关者需要采取的近期行动包括：

  • 绿色公共和私人采购计划，以汇总对低碳混凝土和水泥的需求
  • 基于性能的混凝土和水泥标准，由稳健的测试措施提供支持
  • 碳市场。全球最大的两大水泥生产国——中国和印度都宣布计划将水泥行业纳入国家排放交易计划
  • 试点项目的财政激励措施。例如，美国能源部清洁能源示范办公室 (OCED) 提供 63 亿美元用于支持加快工业脱碳行动[41]
  • 在科学碳目标倡议 (SBTi) 等框架下设定和报告排放目标
  • 为 CCUS 制定明确的市场法规，以确保一个稳定且适宜投资的市场环境
  • 工业中心的共享碳管理和清洁能源基础设施。MPP 目前支持在美国加利福尼亚州洛杉矶和得克萨斯州休斯顿部署两个清洁工业中心

大量投入资金

根据世界经济论坛的数据，到 2050 年，每年的支出必须翻一番并达到 600 亿美元，才能实现净零排放。[42]这只是直接的水泥和混凝土生产——仅水泥厂的碳捕获设备就需要 3900 亿美元。[43]根据《使净零混凝土和水泥成为可能》报告估算：

“由于资本密集型清洁能源和碳捕集基础设施的建设，包括 […] 行业内投资、CCUS 运输和存储设施、氢基础设施和清洁发电在内的总投资将增加 35%，从 1.05 万亿美元增加到 1.42 万亿美元。”[44]

新兴的技术及更高效的物流和生产可以抵消部分支出——但这是无法回避的问题：脱碳水泥和混凝土需要高昂的成本。[45]

目前，低碳水泥供应有限意味着可持续生产的产品可以从客户那里获得更高的价格，随着产量的增加，所谓的绿色溢价预计将下降。[46]

需要新的财务策略

根据活动主办方麦肯锡的说法，在达沃斯举行的 2023 年世界经济论坛年度会议上，水泥和混凝土行业利益相关者表示“对如何最好地投资水泥和具体价值链充满热情以及不确定性”。[47]

找到并支持正确的技术至关重要。与建筑环境脱碳一样，麦肯锡声称“行业必须重新考虑其动员资本的方法，并摆脱规模不足且不容易在范围内定义的大型绿色转型基金”。[48]

与会者没有专注于收购大型上市公司，而是建议采用对整个价值链敏感的项目融资方法，包括投资于初创企业以加速下一阶段的技术开发，并在合适的技术出现时扩大投资规模，同时继续投资于 CCUS 以及更广泛的既定绿色技术和循环经济原则。[49]

政府如何提供帮助？

私营部门无法独立做到这一点。公共基金和监管杠杆必须支撑转型：

改进建筑规范

虽然现有的建筑规范优先考虑安全性和可靠性，但它们还必须进行调整以支持新的技术和更环保的材料。例如，大多数建筑规范都需要普通硅酸盐水泥 (OPC)，这需要熟料。许多市场都限制 SCM 的数量（例如，欧盟将飞灰限制在 35%，美国将飞灰限制在 40%）。可对新标准进行重新评估，包括含有更多 SCM 和不同 SCM 的水泥，例如煅烧粘土、石灰石和回收物，其成本几乎没有增加。这将需要政策制定者和私营部门的协调行动来发展行业规范。[50]

同样，需要有支持性法规和标准，以转型到循环解决方案。

但确实正在取得积极进展。例如，加州参议院于 2021 年签署的第 596 号法案指示水泥行业制定并实施一项策略，以部署低碳解决方案，到 2035 年将二氧化碳排放量相较 1990 年的水平减少 40%。[51]

为近零水泥制定公共采购目标和税收激励措施

政府需要发出更多的需求信号。他们当然有能力这样做：公共资金基础设施占全球混凝土销售额的 40%-60%。[52]

例如，法国正在制定一项政策，在 2021 年至 2030 年期间将水泥行业的水泥排放量减少 50%。[53]日本已经发布了类似的路线图，加拿大正在共同领导“水泥与混凝土突破倡议”(Cement and Concrete Breakthrough)[54]，[55]中国（生产了全球一半以上的水泥）将从 2023 年或 2024 年开始将其排放交易计划扩大到水泥行业。[56]同样，欧盟创新基金通过资助创新技术来支持欧洲的行业脱碳。[57]

获取 CCUS 资金

特别是 CCUS 需要政府的支持。从水泥生产中去除和储存一公吨二氧化碳的成本高达 170 美元，当人们认为在欧洲生产每公吨混凝土的成本通常为 50-60 美元时，这种成本是不可持续的。[58]，[59]

挪威正在引领这一潮流，即与海德堡材料公司共同投资，在水泥厂建造世界上第一个工业规模的碳捕集设施，将于 2024 年底全面投入运营。[60]与此同时，美国的《通胀削减法案》提供了每公吨二氧化碳捕获和储存高达 85 美元的税收抵免。[61]其他政府可以效仿，使建设 CCUS 工厂的许可证更容易获得。

指定近零碳水泥

世界经济论坛的先行者联盟 (FMC) 专注于将公司聚集在一起，以瞄准负责全球三分之一排放的“最难减排”工业部门。[62]FMC 表示，从建筑公司和工程公司到开发商和建筑师，联盟成员必须承诺到 2030 年购买或指定其年产量至少 10% 的近零排放水泥。[63]

瑞典国有能源公司 Vattenfall 是 FMC 的创始成员，其热衷于探索变革性的零排放水泥技术。该公司预计长期需求，日益可持续的公共招标，以及将超过前期成本的先发优势。[64]该公司从瑞典供应商对无化石钢材的日益增长需求中汲取灵感（尽管溢价为 20%-25%），预计对近零水泥的需求将相似，尤其是对可再生能源基础设施的需求，预计到 2030 年将翻两番。[65]

水泥协作

水泥和混凝土价值链可包括客户和材料供应商之间的多个合作伙伴，包括建筑师和设计师、建筑公司、物流公司和其他各种公司。将回收材料引入水泥价值链可能需要多达 15 方的合作，其中许多方通常不会彼此互动。[66]适当的循环经济将需要各方协调努力，以确保正确的材料（和废物）到达正确的参与者处。

水泥生产和废物回收是高度本地化的行业，因此必须在生产和使用熟料的地方提高效率，并在全球范围内进行协调，以使更广泛的供应链发挥作用。[67]对于许多国际规模的水泥生产商来说，这很棘手。FMC 正在支持生产商创建透明、完全一致的价值链，以帮助合作伙伴在多个专业和地区通力合作，并发送强大的需求信号，同时分散绿色溢价的成本。更广泛的绿色建筑计划，如麦肯锡的净零建筑环境委员会，也应该有助于促进水泥和混凝土转向全球循环经济。[68]

我们能否建立一个没有混凝土的世界？

一个没有混凝土的世界还不是现实的目标。但我们可以创造可大幅减少碳足迹的水泥和混凝土。建筑业已经占全球温室气体 (GHG) 排放量的 25%，在全球燃料燃烧产生的排放中占 40% 的很大一部分。[69] 因此，优先对其常用材料（也是造成排放的最大 “元凶”）进行彻底变革是有意义的。

 

[1] https://gccassociation.org/concretefuture/societal-demand-for-cement-and-concrete/

[2] https://gccassociation.org/concretefuture/societal-demand-for-cement-and-concrete/

[3] https://missionpossiblepartnership.org/action-sectors/concrete-cement/

[4] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[5] https://gccassociation.org/concretefuture/

[6] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[7] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[8] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[9] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[10] https://rmi.org/five-insights-on-the-concrete-and-cement-industrys-transition-to-net-zero/

[11] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[12] https://www.sintef.no/en/latest-news/2023/new-concrete-from-old-buildings

[13] https://www.weforum.org/agenda/2023/01/concrete-cement-circularity

[14] https://www.weforum.org/agenda/2023/10/new-technologies-decarbonizing-cement-production/

[15] https://www.weforum.org/agenda/2023/10/new-technologies-decarbonizing-cement-production/

[16] https://rmi.org/five-insights-on-the-concrete-and-cement-industrys-transition-to-net-zero/

[17] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[18] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623030718

[19] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[20] https://www.cemex.co.uk/-/rugby-cement-plant-welcomes-uk-energy-minister-to-explore-opportunities-for-decarbonisation

[21] https://www.holcim.com/who-we-are/our-stories/decarbonizing-holcim-alternative-fuels

[22] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[23] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/decarbonizing-cement-and-concrete-value-chains-takeaways-from-davos#/

[24] https://www.constructionnews.co.uk/sustainability/carbon-cementing-net-zero-22-11-2021/

[25] https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/spotting-green-business-opportunities-in-a-surging-net-zero-world/transition-to-net-zero/cement

[26] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[27] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/decarbonizing-cement-and-concrete-value-chains-takeaways-from-davos#/

[28] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[29] https://lc3.ch/why-lc3/

[30] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[31] https://www.aenu.com/insights/why-we-invested-in-alcemy/

[32] https://www.forbes.com/sites/jimvinoski/2023/06/21/this-startup-is-using-ai-to-reduce-emissions-in-hard-to-mitigate-industries/

[33] https://missionpossiblepartnership.org/industry-comes-together-around-real-world-roadmap-towards-net-zero-emissions-in-concrete-cement/

[34] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[35] https://www.weforum.org/agenda/2023/10/new-technologies-decarbonizing-cement-production/

[36] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/cementing-your-lead-the-cement-industry-in-the-net-zero-transition

[37] https://www.weforum.org/agenda/2022/11/circularity-a-key-enabler-to-reach-net-zero-in-concrete-and-cement/

[38] https://rmi.org/five-insights-on-the-concrete-and-cement-industrys-transition-to-net-zero/

[39] https://rmi.org/five-insights-on-the-concrete-and-cement-industrys-transition-to-net-zero/

[40] https://www.missionpossiblepartnership.org/making-net-zero-concrete-and-cement-possible-report/

[41] https://www.energy.gov/oced/industrial-demonstrations-program-0

[42] https://www.weforum.org/agenda/2023/10/new-technologies-decarbonizing-cement-production/

[43] https://missionpossiblepartnership.org/industry-comes-together-around-real-world-roadmap-towards-net-zero-emissions-in-concrete-cement/

[44] https://missionpossiblepartnership.org/industry-comes-together-around-real-world-roadmap-towards-net-zero-emissions-in-concrete-cement/

[45] https://missionpossiblepartnership.org/industry-comes-together-around-real-world-roadmap-towards-net-zero-emissions-in-concrete-cement/

[46] https://www.weforum.org/agenda/2023/10/new-technologies-decarbonizing-cement-production/

[47] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/decarbonizing-cement-and-concrete-value-chains-takeaways-from-davos#/

[48] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/decarbonizing-cement-and-concrete-value-chains-takeaways-from-davos#/

[49] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/decarbonizing-cement-and-concrete-value-chains-takeaways-from-davos#/

[50] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[51] https://www.msci-institute.com/insights/concrete-steps-for-speeding-the-decarbonization-of-cement/

[52] https://www.weforum.org/agenda/2022/08/6-countries-taking-action-to-solve-concretes-emissions-problems

[53] https://www.globalcement.com/news/item/15783-france-ciment-to-reduce-co2-emissions-by-50-by-2030

[54] https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/transition/transition_finance_technology_roadmap_cement_jpn.pdf

[55] https://www.canada.ca/en/innovation-science-economic-development/news/2022/11/government-of-canada-and-cement-association-of-canada-launch-roadmap-to-net-zero-carbon-concrete-by-2050.html

[56] https://www.asiafinancial.com/china-carbon-market-expansion-delayed-caijing

[57] https://www.weforum.org/agenda/2023/10/new-technologies-decarbonizing-cement-production/

[58] https://urldefense.com/v3/__https:/www.iea.org/data-and-statistics/charts/levelised-cost-of-co2-capture-by-sector-and-initial-co2-concentration-2019; https://www.google.com/url?q=https://urldefense.com/v3/__https:/papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id%3D3816593*:*:text%3DWe*20assume*20shipping*20costs*20based,2030*20for*205*20Mtpa*20CO2.__;I34lJSUlJSUlJQ!!Im8kQaqBCw!qYnmVM7rdc1-bZQM4akwrGGBeIlmlNODL1B0HqIZ7AOqF4ScBvh03-GpHnpLjh-XAeyOzt1mlXeUmbrVkGYKc4OfGePRYeFaWY0$&sa=D&source=docs&ust=1718880253758500&usg=AOvVaw1gcVSf7VJ86RXPCSSBlsz9

[59] https://urldefense.com/v3/__https:/cembureau.eu/media/jpthbmva/co2-costs-in-eu-cement-production-december-2021.pdf__;!!Im8kQaqBCw!qYnmVM7rdc1-bZQM4akwrGGBeIlmlNODL1B0HqIZ7AOqF4ScBvh03-GpHnpLjh-XAeyOzt1mlXeUmbrVkGYKc4OfGePRAgmhMxM$

[60] https://www.brevikccs.com/en#:~:text=Brevik%20CCS%20is%20HeidelbergMaterials%20most,cement%20for%20decades%20to%20come

[61] https://www.iea.org/policies/16255-inflation-reduction-act-2022-sec-13104-extension-and-modification-of-credit-for-carbon-oxide-sequestration

[62] https://www.weforum.org/first-movers-coalition

[63] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[64] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[65] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[66] https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/decarbonizing-cement-and-concrete-value-chains-takeaways-from-davos#/

[67] https://www.greenbiz.com/article/how-decarbonize-concrete-and-build-better-future

[68] https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/how-we-help-clients/mckinsey-platform-for-climate-technologies

[69] https://www.mckinsey.com/capabilities/operations/our-insights/global-infrastructure-initiative/roundtables/glasgow-cop26-2021-decarbonizing-the-built-environment