脱碳水泥转向将价格提高三倍

预计脱碳水泥生产将使熟料生产成本提高三到七倍，当使用绿色氢气时，后者是后者。本见解指出，尽管使用氢气、火焰燃烧和 CCS 可以减少高达 ~93% 的排放量，但所讨论的任何选项都无法导致完全脱碳。 

在比较脱碳方案时，动力煤火焰燃烧与 CCS 提供了最有利的减排组合，同时限制了成本上升。最不受欢迎的选择是直接用绿色氢取代动力煤，因为成本提升最显着，但减排量最少。

水泥脱碳成本的大幅增加在一定程度上解释了为什么钢铁行业更加重视脱碳，而钢铁行业的脱碳成本增加可能只有 30-40%。

水泥行业处于 +3.0°C 的温度路径

• 石灰石在窑中加热形成熟料时从 CO₂ 中排放的矿物;
• 燃料排放，主要是用于加热窑的动力煤。

替代燃料可用于降低总排放量、成本或用于其他因素。

熟料构成了标准波特兰水泥的大部分，但替代品（如煅烧粘土、发电厂粉煤灰和高炉矿渣）在某些情况下也用于成本、质量或减排目的。粘土、沙子和铁矿石等添加剂也用于调整最终的水泥性能。

水泥脱碳面临重大挑战。首先，无论燃料如何，大多数熟料生产的 CO₂ 排放都是石灰石矿物排放的结果。其次，随着电力和钢铁行业的脱碳，粉煤灰和高炉炉渣等关键替代品预计将减少。鉴于此，水泥通常被归类为难以减排的行业，因为即使技术变革也无法消除矿物排放。

随着水泥产量到 2050 年增加，预计该行业的排放量将增加。事实上，我们的预测显示，到 2050 年，水泥行业的温度路径将远高于 3.0°C（使用 CRU 的可持续发展和排放服务了解更多信息）。

因此，碳捕集与封存 （CCS） 被视为一种潜在的解决方案，尽管迄今为止进展缓慢。在本篇 Insight 中，我们着手探索为什么会这样。

CCS 不是一种容易转移的技术

碳捕集解决方案已经存在了几十年，取得了不同的成功，因此，我们知道 CCS 成本与正在处理的废气中 CO₂ 的浓度和压力密切相关。这些因素会影响 CO₂ 的分压，从而影响吸收效率和需要处理的气体量，从而影响需要安装的设备尺寸。CRU 拥有一个包含 300 多个 CCS 项目的数据库，这些项目可追溯到 1972 年，包括拟议的未来安装。如果可用，该数据库包括有关捕获能力、技术和成本（例如资本支出和运营支出）以及其他项目特征的信息。下图说明了前期资本支出之间的关系。用于 CCS 装置和废气流中的 CO₂ 浓度。

天然气加工和氢气生产受益于废气中的高 CO₂ 浓度和/或高压（即较低体积），以及相对清洁、一致的气流，从而降低了前期成本并提高了运营效率。将 CCS 应用于具有以下一种或多种气流的工艺时，会出现挑战：

• 低 CO₂ 浓度
• 低压
• 污染物（即 SO₂、NOx、颗粒物等）
• 不一致的属性

燃煤发电厂，尤其是以可调度方式运营的燃煤发电厂，可能被认为是 CCS 准备最少的工艺之一，水泥厂也面临类似的挑战。

我们分析了几种水泥脱碳方案。每个选项都有不同的资本支出。和运营支出。基于所采用的技术以及每个过程的材料和能源平衡的假设。假设包括 CCS 资本支出。这受废气中 CO₂ 的体积和百分比的影响，并进一步受到火焰或氢气配置的选择的影响。进一步的假设考虑了 CCS 装置所需的热电联产 （CHP） 装置的规模，以及使用火焰切割时空气分离装置 （ASU） 的规模。

对于所有选项，我们假设使用胺基吸收剂的典型燃烧后 CCS 系统。较高的 CO₂ 浓度工艺可能会使用压力/真空变速吸附或液化来捕获 CO₂。然而，我们的分析表明，如果不进行重大重新设计，水泥生产将无法达到足够高的 CO₂ 浓度，因此这些浓度是可行的。

这些技术可能更适合使用火焰切割的氢基选择，前提是重新设计水泥厂以最大限度地减少假空气。假空气可能来自设备内部的泄漏或有意进入的空气以降低压力。

减少这种情况可能是一项昂贵的工作，因为水泥窑需要重新设计、密封，并且必须保持这种密封。然而，减少假空气确实具有增加 CO₂ 浓度的优势，从而降低 CCS 成本。因此，减少假空气将是降低 CCS 成本与重新设计和密封窑的相关成本之间的平衡。

下表简要概述了所分析的每个选项。使用 CRU 的可持续发展和排放服务"来查找每个选项的完整分类。

脱碳将使熟料生产成本增加多达 7 倍

假设碳价格是决策的主要驱动因素，下图显示了每种配置的熟料成本以及激励每种方案所需的碳价格。后一种计算方法略有不同，因为基本情况和选项都排放 CO₂（即没有一个是不含 CO₂的），因此在不同的碳价格下，两者的成本都会发生变化。

除了简单地用天然气替代动力煤之外，这里研究的技术脱碳方案会导致熟料成本至少增加三倍。CCS和Oxyfuel & CCS选项将熟料成本从我们的基本情况53美元/吨_熟料提高到>192美元/吨_熟料。绿色氢气选项将成本提高到 > 280 美元/吨_熟料，而天然气、火焰燃料和 CCS 价格最好，起价为 ~166 美元/吨_熟料。激励转向低碳水泥所需的碳价格从 ~166 美元/吨二氧化碳开始_{，对于不含} CCS 或火焰_{燃料的绿色}氢作为燃料，升至 800 美元/吨二氧化碳以上。虽然我们根据估计成本制定这些选项，但应该注意的是，我们尚未进行详细的技术/运营可行性评估。

熟料生产的技术脱碳将使水泥成本至少增加三倍，而绿色氢能 + CCS 选项可能会使成本增加七倍。我们相信，这就是为什么人们对水泥脱碳的关注程度低于钢铁等的关键原因。

我们的分析表明，假设成功实施氢能炼钢，脱碳后的钢铁成本将提高 30-40%。另外，我们为铝行业建立了一条减排曲线，表明在完全脱碳的情况下，成本可能会翻倍，凸显了水泥对成本的更高影响。

鉴于水泥无处不在且成本大幅增加，水泥脱碳在短期内吸引力降低，因此将重点转移到全球消费第二大材料的钢铁行业。

CRU 因其对商品供应链的技术和经济理解而备受推崇。我们的分析严谨、公正且以事实为导向。如果您想对您的脱碳选择进行诚实和现实的分析，请与我们联系——我们非常乐意讨论我们在 CRU 的可持续发展和排放服务的工作。您可以请求演示 这里。