碳減排與高強石膏砂漿市場前景及行業龍頭企業的發展途徑 韓靈翠1 王永昌2 陳國新2 （1.太原理工大學化工學院，山西太原030027；2.江蘇國立環?？萍加邢薰?， 江蘇無錫 214128 ） 摘 要 水泥是一種典型的高能耗、高污染、高碳排放的產品，用高強石膏膠凝材料代替水泥砂漿是碳減排的重要途徑；通過各種碳減排方式的對比，脫硫石膏高強膠凝材料代替水泥建筑砂漿是最有潛力的負成本碳減排。石膏砂漿產銷企業、擁有性價比高和專利技術的高強石膏科技企業、電廠三家共同投資高強石膏生產線，延伸性價比高的自流平石膏和添加高強石膏的抹灰石膏砂漿，優勢互補，是成為行業龍頭企業的關鍵條件。 關鍵詞：水泥碳排放、高強石膏 一、水泥的高碳特征及其低碳代用產品 根據國際能源機構（IEA）公布的數據顯示，2012年全球碳排放最多的國家為中國(29%，增幅達5.9%)，總排放量達到93.7億噸，按照2012年我國的GDP為52萬億元計算，當年我國的碳排放強度為1.8 CO2e∕萬元。然而，在我國2012年的碳排放總量中，水泥的碳排放量為16.38億噸左右（根據水泥中的氧化鈣含量和能耗標準、以及水泥總產量為21.84億噸計算而得），其比例占我國碳排放總量的17.5%，特別是水泥的碳排放強度達到22.73 CO2e∕萬元，是我國平均水平的12倍。 水泥的碳排放之所以這樣高，是因為水泥生產中需要高溫煅燒石灰石（CaCO?）而直接分解排放出CO?，同時高溫煅燒的高耗能和破碎粉磨的電耗還要間接排放CO?，生產中能耗形成的碳排放占45%左右；同時，水泥混凝土作為建筑材料在廢棄后還難以回收利用；因此，水泥生產的碳排放強度不僅是所有工業產品中最高的，同時它的節能也并不能同比例進行碳減排。另外，水泥不僅是一種高能耗、高污染、高碳排放的產品，還是一種資源型產品，它的主要原料——石灰石截止2007年全國已探明的基礎貯量為750億噸，其中具備經濟開采條件的只有390億噸；而2012年全國生產水泥21.84億噸，耗用石灰石約26億噸，照這樣下去僅20年，具有經濟價值的石灰石就開采完了。 同水泥一樣也是三大膠凝材料之一的、由石膏生產的高強膠凝材料（強度相當于325#水泥，標準JC/T2038—2010），不僅生產中沒有直接的碳排放，而且生產能耗也僅為水泥的65%；如果利用電廠低溫蒸汽進行生產，基本上還沒有粉塵排放，其技術性能完全可以替代水泥用于建筑物墻體內表面抹灰砂漿和地面找平砂漿；同時，做為建筑砂漿，高強石膏膠凝材料用量一般只有水泥的一半，綜合計算下來，用于相同建筑面積時高強石膏膠凝材料的碳排放量僅為水泥的十分之一。而可澆筑、高耐久石膏水泥，不僅生產中CO?排放量小，廢棄的石膏經簡單加工后還可重復使用；目前，國際上研究的石膏水泥其強度已超過60MPa，并具有抗侵蝕、耐氣候等良好的耐久性能，可替代水泥混凝土用于住宅建設。發達國家建筑物內部的墻面和地面全部使用石膏砂漿，應用范圍廣，應用技術全面，已經形成完整的綠色環保建材應用體系；而我國在建筑物內部墻面使用石膏砂漿（粉刷石膏）正處于前期發展階段，建筑物內地面使用的石膏砂漿（自流平石膏）則尚未產業化。 二、石膏膠凝材料生產能耗的計算 石膏膠凝材料分為高強石膏和建筑石膏，兩者都是由二水石膏（天然石膏或工業副產石膏）加熱脫去一個半結晶水而生成的，生產能耗中熱耗占90%以上，能耗的計算就基本上是熱耗的計算，而能耗又是影響石膏膠凝材料的生產成本的關鍵因素。 2.1計算半水石膏生產熱耗的基本參數 （1）根據環保和節能要求，半水石膏的生產設備應以蒸汽為熱源，因為大型鍋爐的熱效最高（按85%計），且脫硫石膏的排放企業基本上都具備提供蒸汽的條件； （2）二水石膏均以品位100%考慮，其中天然石膏不含附著水，而脫硫石膏含10%的附著水；由此而得生產一噸半水石膏需要1.186噸天然石膏或1.305噸脫硫石膏； （3）生產一噸半水石膏需蒸發結晶水186kg，若是脫硫石膏還要再蒸發119 kg的附著水，即一共需要蒸發305 kg水； （4）石膏的比熱和分解熱分別為0.26kcal/kg、22.7kcal/kg，水的比熱為1kcal/kg，130℃時水的蒸發熱焓為519kcal/kg； （5）100℃時水的熱焓值為100kcal/kg，198℃飽和蒸汽（壓力為1.5Mpa）的熱焓值為667kcal/kg； （6）β-半水石膏(即建筑石膏)的生產工藝是先干燥后煅燒，設定煅燒溫度在130℃； （7）α-半水石膏(即高強石膏，JC/T2038—2010) 的生產工藝是先蒸壓（煮）脫結晶水、后干燥，設定蒸壓和干燥溫度均為130℃； （8）以下計算均未考慮生產設備通過保溫層向外散熱的熱耗； （9）以下的計算過程中省略了單位。 2.2以脫硫石膏為原料轉化為半水石膏（每噸）的理論熱耗 原料蓄熱：（石膏重量×石膏比熱+附著水×水比熱）×原料升溫差值 ＝(1186×0.26+119×1)×（130-20）＝47010（kcal） 石膏分解熱：原料重量×石膏分解熱 ＝1186×22.77＝27005（kcal） 水蒸發熱：結晶水和附著水的蒸發重量×130℃時水的蒸發熱焓 ＝(186+119)×519＝158295（kcal） 理論熱耗：原料蓄熱+石膏分解熱+水蒸發熱 ＝47010+27005+158295＝232310（kcal）≈23.2萬（kcal） 2.3建筑石膏的理論生產熱耗計算 理論生產熱耗＝理論熱耗&pide;生產設備熱效率&pide;熱源熱效率 如果采用蒸汽做熱源，則消耗蒸汽熱值＝理論熱耗&pide;生產設備熱效率； 2.4降低半水石膏生產熱耗的途徑 （1）降低理論轉化熱耗的途徑 根據原料蓄熱、石膏分解熱和水蒸發熱在理論熱耗中的比例，可以得出水蒸發熱占理論熱耗的68%（脫硫石膏），而水蒸發的熱耗在常壓下是恒定的；因此，要想降低水蒸發熱耗只能選擇合適的低壓生產條件和及時地將水蒸汽排出；而對于石膏分解熱，可采用催化劑來降低熱耗及分解溫度，并同時降低原料的蓄熱溫度和蓄熱值。另外，降低高強石膏或纖維石膏生產熱耗思路亦是如此，不過所用催化劑還應有促進半水石膏晶體按照所需的方向生長，并能減少生長時間的功效。 （2）降低理論生產熱耗的途徑 采用大型蒸汽鍋爐和調整生產設備的傳熱方式。 2.5 以脫硫石膏為原料、不同設備生產半水石膏的理論噸產品熱耗比較
說明：（1）熱源均采用電廠198℃的飽和蒸汽,；（2）高強石膏生產周期較長；因此高強石膏生產設備通過保溫層釋放的熱能較多些；（3）沸騰爐所用原料的附著水須小于5%。 三、高強石膏膠凝材料與其它碳減排潛力和成本的比較 根據全球最大的戰略咨詢公司——麥肯錫公司2009年所做的《中國的綠色革命：實現能源與環境可持續發展的技術選擇》報告（P66頁～P101頁）整理,以及根據國內研究成果（下表第1和第2項），獲得以下《各種途徑的碳減排成本和潛力對比》。
通過高強石膏代替水泥和水泥生產技術的創新，根據上表前3項可以計算出：每年可以減少CO?排放量6.4億噸，同時降低碳減排成本600多億元；如果采用其它方法減排溫室氣體，根據上表可以計算出它們的加權平均減排成本為35.4歐元，約合人民幣293.8元（按一歐元折合人民幣8.3元），減少CO?排放量6.4億噸時需要減排費用1880.5億元，這樣一正一負相差約2494億元；因此，通過建筑材料的創新、即高強石膏代替水泥和水泥生產技術的創新，我國每年可以減少溫室氣體減排費近2500億元！ 四、高強石膏的產銷現狀和市場前景 雖然高強石膏的設備投資一般是建筑石膏的兩倍，生產成本也較高于建筑石膏，但由于高強石膏的強度是建筑石膏的兩倍以上，因此它的用途廣、附加值高、銷售半徑可達1500～2000公里。目前，高強石膏完全還是以天然石膏為原料，主要用途是陶瓷模具、GRG產品等，基本上還沒有用于建筑砂漿；由于我國的高強石膏生產工藝和設備從來就沒有過技術進步和創新， 存在著明顯的缺陷；因此，我國年產銷約300萬噸的“高強石膏”實際上是沒有達到相關標準的，是一種介于高強石膏和建筑石膏的混合粉；也正是當前我國缺少質量達標并且穩定的高強石膏，在國外發展非常成熟、優點明顯、綜合成本更低、碳排放量僅為水泥砂漿十分之一的自流平石膏一直沒能在我國推廣使用。 目前，我國的“高強石膏”主要銷售地區是東部地區和東南部地區，主要產地是湖北、湖南、山東、寧夏、甘肅等省區；由于生產高強石膏的原料品位需要在90%以上，而我國東部的高品位天然石膏資源日漸枯竭，其主產地正迅速向寧夏、甘肅、青海、內蒙轉移。 我國的脫硫石膏品位一般都在90%以上，非常適合生產高強石膏，附加值高、可以遠距離銷售；它摻入抹灰砂漿中可以加大砂子的添加比例，提高石膏砂漿的易抹性，并降低成本；如果用于自流平石膏砂漿，則能夠在自流平石膏原料中添加45%左右的砂子或粉煤灰，不僅能降低成本，還能提高自流平石膏的強度和耐磨性。另外，隨著霧霾的治理和煤炭用量控制，建筑石膏的生產成本也會加大，從而縮減了高強石膏和建筑石膏的市場價格。 目前我國每年新增建筑面積近20億平方米，這就大約需要5億噸內墻抹面和地面找平水泥砂漿，約消耗水泥1.5億噸；如果都用脫硫石膏高強膠凝材料代替水泥，就可以減少上億噸的CO?排放量,同時節約標煤近千萬噸，并將0.8億噸的脫硫石膏變廢為寶。為此，國務院《“十二五控制溫室氣體排放工作方案》中明確提出：“控制工業生產過程溫室氣體排放，繼續推廣利用電石渣、造紙污泥、脫硫石膏、粉煤灰、礦渣等固體工業廢渣和火山灰等非碳酸鹽原料生產水泥，加快發展新型低碳水泥”；“實施水泥、鋼鐵、石灰、電石等高耗能、高排放產品替代工程”。 5.成為石膏砂漿行業龍頭企業的發展途徑 由于我國石膏產品總產量相對不大和行業面也較為狹窄，而在這為數不多的企業中，北新建材無疑是龍頭老大，不過它目前卻主要涉及紙面石膏板，還未橫向發展；同時其它諸如風險資本、脫硫工程公司延伸下游產品的企業資本也僅在關注、而沒有實質性的進入脫硫石膏產業領域來，特別是石膏砂漿產業，沒有龍頭企業，這就為現有石膏砂漿企業的發展壯大提供了生長空間和時間；從企業經營戰略方面來講，成為石膏砂漿行業的龍頭企業的最佳途徑是：石膏砂漿產銷企業、擁有性價比高和專利技術的高強石膏科技企業、電廠三家共同投資高強石膏生產線，延伸到性價比高的自流平石膏和添加高強石膏的抹灰石膏砂漿，優勢互補，根據我們的高強石膏成本和生產自流平石膏砂漿輔料的一般成本，能夠做到所產銷的自流平石膏砂漿在可觀利潤的條件下，也能使售價遠低于其它廠家的成本價和水泥自流平砂漿；之后再用技術和市場銷售與電力集團合作，共同開發各電力集團所屬電廠的脫硫石膏，一個地區一個地區對市場進行占領；這樣在技術與設備上壟斷，電力集團在資源上壟斷和提供低價的干凈能源（蒸汽），性價比很好的產品銷售上形成賣方市場，產品利潤滾動投入到新廠，幾年之后三家的合資企業就可以做的很大很大。 六、結束語 根據我國在碳減排方面的承諾（2020年相對2005年碳減排強度降低40%～45%）和我國經濟發展的速度（2020年的經濟總量相對2010年翻一番），2020年我國的碳排放總量將增加到120多億噸；國家有關部門預測，2025年我國的碳排放總量才能達到頂峰，然而目前全球碳排放量第二大的美國和第三大的歐盟的碳排放量都已在減少；并且由于我國碳排放基礎量巨大，它的繼續增加和不能達到碳排放頂峰，對全球碳排放量的增加舉足輕重；從而國際上對我國的強制碳減排壓力只會繼續增大，要求中國承擔的國際責任也會越來越大。因此，在節能減排、應對氣候變化的大背景下，我國“十二五”已經規劃：能耗總量和用電量雙控制、碳減排為約束性指標、實施碳稅、資源稅和碳交易、以及要求平均每年最低工資上漲13%，這一切都為脫硫石膏生產高附加值、銷售半徑可達2000公里的高強石膏及其延伸產品（自流平石膏、高強石膏保溫板等）提供了非常難得的市場機遇和政策環境，用脫硫石膏生產高強石膏代替水泥的部分用途是發展低碳經濟和循環經濟、建設資源節約型社會的重要組成部分；根據上述不同半水石膏生產設備的對比，壓力炒鍋盡管與生產建筑石膏的熱耗相當；但卻生產的是強度高于建筑石膏兩倍以上的高強石膏，它一噸能抵兩噸建筑石膏用，附加值更高、用途更廣。 作者：王永昌   更多行業信息 新型砂漿網：http://www.www.azcospm.cn/ 保溫工程網：http://www.bwgcw.com/ |
