2009年6月中國科學院發(fā)布了我國科技戰(zhàn)略研究發(fā)展路線圖系列報告《創(chuàng)新2050：科技革命與中國的未來》，涵蓋18個科技領域，科學出版社已出版了15卷。其中與水泥工業(yè)直接有關的主要有能源、礦產(chǎn)資源、生態(tài)與環(huán)境、生物質資源、先進制造、先進材料、納米等7個領域。

　　2009年9月在德國召開的第6屆VDZ國際水泥大會上國際能源機構（IEA），世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（WBCSD）和水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展促進委員會（CSI）向一些專家征詢了對草擬中的《2050世界水泥工業(yè)發(fā)展技術路線圖》（討論稿）的意見。

　　茲將有關動態(tài)及國內外最新的信息一并述評如下，供我國水泥界參考研究。

　　科技發(fā)展路線圖的特征與功能

　　科技發(fā)展路線圖最重要的特征首先是高度的概括性和高度的綜合性，其次就是相對科學準確的前瞻性。

　　科技發(fā)展路線圖是用簡潔清晰的圖形、表格、文字等描述技術進步的發(fā)展方向和步驟，其主要功能包含：預測未來市場所需的新產(chǎn)品、新工藝、新技術、新裝備；瞄準目標，確定須要重點研究的關鍵科學與技術；指明科技研發(fā)的方向和途徑，組織行業(yè)協(xié)作，配置研發(fā)資源，作出科學決策；尋求知識共享技術協(xié)作的新伙伴，減少科技創(chuàng)新的風險，提高創(chuàng)新能力和核心競爭力，把握未來的市場機遇與發(fā)展空間。

　　此外，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)而言，產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展路線圖又是一個系統(tǒng)診斷工具，可以幫助人們找出產(chǎn)業(yè)鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，而這些薄弱環(huán)節(jié)則往往正是其“利潤池”之所在。

　　2050年水泥工業(yè)發(fā)展技術路線圖

　　國際能源機構（IEA），世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（WBCSD）和水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展促進委員會（CSI）組織全球著名的水泥公司和水泥裝備公司，以及各國專家學者共同研究初步商討得出的從現(xiàn)今至2050年期間，世界水泥技術發(fā)展的路線圖包含下列6個同時進行的方向、途徑和目標。

　　1.由生產(chǎn)普通波特蘭水泥（OPC）轉向生產(chǎn)混合水泥

　　該領域的內容主要有3個方面：其一是廣泛研究采用具有水硬性或膠凝性潛質的各種工業(yè)廢料，例如礦渣、粉煤灰、冶煉渣、化工渣、矸石等，進行深度加工用以替代部分水泥熟料，生產(chǎn)少熟料水泥（混合水泥），甚至是無熟料水泥。這也可以理解為往水泥中多摻混合材，用混合材替代部分熟料。其二是研發(fā)各種水泥和混凝土的外加劑與改性劑，用以彌補提高水泥混凝土的性能，滿足多樣性的需求。其三是開拓納米技術在水泥基建材中的研究應用。

　　自從進入本世紀（2000年）以來，國際水泥界在以上3方面已有一定的進展，水泥中混合材的平均摻入量各國均有所提高。例如2008年美國已達8%、日本13%、德國15%、法國17%，逐漸多摻混合材的趨勢正在不斷研發(fā)之中。各種水泥混凝土外加劑和改性劑的應用也在向著縱深發(fā)展。2002年成立的歐洲水泥基礎研究合作組織（Nanocem）在熟料和混合材的微米、納米級性能研究與混凝土外加劑研究方面已發(fā)現(xiàn)若干重大突破的苗頭，前景令人期待。

　　應該強調指出，所謂OPC向混合水泥轉變，多摻混合材替代熟料，必須遵守確保水泥性能不降低或受損害的前提條件。我國水泥中混合材摻入量平均為30%，其中新干水泥中平均約20%，而落后的“小水泥”中則平均高達40%或更多。這是有一部分“小水泥”因逐利而無視水泥性能和國家標準，超標多摻、濫摻所謂的混合材而造成的。顯然，這種現(xiàn)象非但與上述的混合材深度加工，多生產(chǎn)混合水泥的理念風馬牛不相及，而且應予制裁取締。

　　2.全面推廣采用各種可燃工業(yè)廢料和生活廢棄物替代化石燃料來生產(chǎn)水泥熟料，替代率達到90%以上

　　該領域的主要任務有兩方面：首先是在確保環(huán)境安全和各種有害物（呋喃、二噁英、重金屬等）的排放必須符合嚴格的環(huán)保標準；不允許產(chǎn)生二次污染；不能影響熟料品質和水泥窯系統(tǒng)的運轉率。其次是與全社會的其他行業(yè)一起建立各種廢棄物回收利用的物流產(chǎn)業(yè)鏈，盡量減少廢物產(chǎn)生，完善回收再利用體制，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，充分發(fā)揮水泥工業(yè)的利廢功能。

　　這樣水泥工業(yè)就可以節(jié)省大量不可再生的天然化石燃料資源，減少噸熟料的CO₂排放，降低熟料生產(chǎn)成本。同時又為社會妥善地消納了一部分廢棄物，為環(huán)境保護做出貢獻。

　　在過去的20多年間，世界水泥工業(yè)采用廢料替代燃料，從少量的試驗起步開始，一直發(fā)展到現(xiàn)今在許多發(fā)達國家已較廣泛地工業(yè)規(guī)模應用，成效顯著。2008年德國水泥工業(yè)按全國熟料熱耗計的替代燃料對化石燃料的替代率已達58%、荷蘭81%、法國34%、比利時50%、瑞典29%、捷克45%、美國24%、日本12%。許多發(fā)展中的新興國家，包括我國，近年也正在啟動推廣之中。

　　從環(huán)境安全和技術經(jīng)濟層面上看，水泥工業(yè)協(xié)同燃燒可燃廢棄物，現(xiàn)今已經(jīng)是一項環(huán)境安全、經(jīng)⒐?jié)�合理、工藝成熟的實用技術（BAT）。許多發(fā)達國家很可能在2020年左右，其對化石燃料的替代率達到90%以上。而對全球水泥工業(yè)來說，2050年其替代率達到90%雖是一項較艱巨的任務，但是有望力爭完成。

　　3.研發(fā)應用CO₂捕集技術（CCS）大幅消減溫室氣體排放

　　關于CO₂的捕集與儲存技術現(xiàn)今在技術層面已獲基本解決。問題在于成本太高，同時儲存地的選建費用也受各國的情況不同而有較大差異。因為水泥工業(yè)單位產(chǎn)品（熟料）CO₂排放量特別大，加之作為經(jīng)濟實用的大宗建筑材料，在今后半個世紀內人們預計水泥還難以被其他的新型材料所取代。所以水泥工業(yè)開發(fā)應用CO₂捕集儲存技術是具有現(xiàn)實意義的，是符合水泥工業(yè)的發(fā)展需要的。

　　在已有的技術基礎上，現(xiàn)今水泥工業(yè)可以繼續(xù)研發(fā)的CO₂捕集方法有從傳統(tǒng)熟料煅燒后的廢氣中分離捕集CO₂的，還有就是采用富氧（或純氧）煅燒熟料，將高濃度CO₂的廢氣直接捕集儲存。前者須要事后從廢氣中分離CO₂，后者則須要事前制備好O₂。就目前的技術裝備水平而言，采用CO₂捕集每噸水泥所增加的成本，傳統(tǒng)煅燒（前者）方法為35歐元~60歐元，富氧煅燒（后者）方法為10歐元~20歐元。

　　根據(jù)歐洲水泥研究科學院（E鄄CRA）的預計，CO₂捕集技術在世界水泥工業(yè)的實際應用大致會開始于2015年，到2030年可能推廣到50%以上的水泥企業(yè)。屆時CCS的投資約為1億歐元~3億歐元（與年產(chǎn)200萬噸熟料線配套），單位熟料增加生產(chǎn)成本10歐元~50歐元。到2050年時CCS可能應用于90%以上的水泥企業(yè)，CCS的投資將降到0.8億歐元~2.5億歐元，噸熟料成本增加10歐元~40歐元。筆者曾問詢過這些數(shù)字是如何估算的，看來只是一個大框框的范圍，僅供參考。

　　4.加緊生物質燃料研發(fā)，實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模應用

　　生物質燃料是可再生能源，是近年來國際上開拓研究的一種新能源。最初（2000年前后）是旨在生產(chǎn)生物柴油用以替代石油，因為在生物柴油的生產(chǎn)過程中除了生物質以外還需要CO₂，從而促發(fā)了水泥工業(yè)對這項新能源的積極響應。

　　2005年，生物質燃料與水泥工業(yè)開始結緣進行科技合作，研發(fā)創(chuàng)新。這方面目前較先進的國家有荷蘭、澳大利亞、美國、德國、以色列和印度，我國與荷蘭已有科技合作項目，中試基地正在籌建。

　　根據(jù)生長速率、產(chǎn)油率、對陽光的需求、土地占用及生產(chǎn)成本等因素的考量，現(xiàn)在比較看好的生物質原料是藻類。綜合諸多已公布的研究試驗的初步成果，理想情況下，未來水泥工業(yè)與生物燃料的聯(lián)合生產(chǎn)粗線條的組成。

　　藻類在光合作用中具有吸碳固碳功能，與水泥窯廢氣中的CO₂形成互補，而且水泥窯廢氣中CO₂的含量為23%左右，比火電廠（約12%）的高。這樣生成的生物燃料主要是中低級生物柴油及殘渣，其數(shù)量足以全部替代水泥窯所需的燃料，實現(xiàn)熟料燒成對天然化石燃料的零消耗。在生產(chǎn)熟料的同時還有少量高級生物柴油和氧氣產(chǎn)出。當然有一部分剩余的CO₂還得排放或設法處置，不過噸熟料CO₂排放量比純粹燒煤將削減近一半。

　　這個美好的前景，欲付諸于工業(yè)規(guī)模的實施，實際上還須要克服不少障礙，尚待時日。首先是陽光（或替代光源）；第二是藻類的培育和供應；第三是光合過程的占地等等。在現(xiàn)有科技與裝備水平的條件下，按照荷蘭Bioking公司、AlgaeLink公司和美國GreenShift公司等的報價資料，與一臺2500t/d水泥窯相配套的藻類生物燃料聯(lián)合生產(chǎn)裝置，其投資估計為4.8億元，占地近20公頃。顯然如此高昂的代價，說明它還有許多必須大幅改進之處，否則就難以推廣應用。

　　原定2009年5月在澳大利亞將有一臺600t/d水泥窯與一套藻類生物燃料生產(chǎn)裝置實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)試驗的，后因世界經(jīng)濟危機而暫停了，最近據(jù)悉，該項試驗有望2010年重啟。此外各種各樣的創(chuàng)新和改進也在不斷地涌現(xiàn)，例如立式光合反應塔、新型LED替代光源等�？傊�，這項技術尚屬初期階級，發(fā)展空間和變數(shù)也較大，有待不斷完善和創(chuàng)新。

　　但是，把實現(xiàn)水泥和生物燃料工業(yè)規(guī)模聯(lián)產(chǎn)的目標設定在2050年以前完成比較可行，是有一定把握的。

　　應該說明，因為采用玉米生產(chǎn)乙醇汽（柴）油的方法已顯露若干重大缺陷，所以有些水泥專家學者對藻類光合作用的技術路線持有某些保留意見。以上主要反映了另一種“不要放棄，應該繼續(xù)研發(fā)”的觀點和動態(tài)。

　　5.水泥窯廢氣余熱發(fā)電

　　對于水泥窯廢氣余熱發(fā)電這一措施在世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會和水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展促進委員會最初的2050年水泥路線圖草稿中只是提了幾句，并未與前四條路線并列。這里是筆者結合我國水泥工業(yè)的實際情況建議增補的，僅供參考而已。

　　如今水泥窯余熱發(fā)電在我國如火如荼，現(xiàn)已作為我國水泥工業(yè)節(jié)能減排最成功的主力舉措，何以在歐美卻始終未受青睞？其根本原因在于我國火電廠的發(fā)電效率平均約35%，遠低于美國的55%，西歐和北歐的56%，發(fā)達國家現(xiàn)今普遍應用超超臨界發(fā)電技術，而我國還有25%左右的落后電廠，電價很貴。以美國為例，其電價約為4美分/kWh，水泥售價約為90美元/t；而我國電價超過0.6元/kWh，水泥不到300元/t。電價與水泥價之比值，我國是美國的5倍，歐盟的4.5倍。因而在歐美，水泥窯余熱發(fā)電如果不能達到噸熟料55kWh~60kWh以上的話，水泥廠就不會采用，否則還不如買電更經(jīng)濟。

　　相反地，我國水泥廠只要利用窯余熱發(fā)電能夠達到噸熟料25kWh以上就有利可圖了。這是在我國火電廠發(fā)電效率很低條件下的特殊情況，并非我國水泥工業(yè)余熱發(fā)電水平高的證明。只能說，這是在特定的市場條件下，水泥窯余熱發(fā)電正好滿足了這種需求�；痣姀S發(fā)電效率越低，電價越貴，水泥窯余熱發(fā)電的市場越大，反之亦然。

　　無論如何，在我國火電廠整體大幅提高發(fā)電效率以前，水泥窯余熱發(fā)電依然是我國水泥工業(yè)發(fā)展路線圖的重要組成，而且余熱發(fā)電的效率仍有繼續(xù)提升的需求和可能。盡管目前我國最先進的水平已經(jīng)達到噸熟料40kWh，但要實現(xiàn)50kWh或更高，我們尚需繼續(xù)努力。按照我國現(xiàn)有各方面的資源和水平，經(jīng)過努力是有望達到這一目標的。對Kalina循環(huán)進行探索試驗或許是在不增加熟料熱耗（≤750×4.18kJ/kg）的前提下將噸熟料發(fā)電量提升到50kWh（或60kWh）的途徑之一。筆者支持贊同這項試驗并希望成功。

　　6.最后一項，實際上也是最經(jīng)常最重要的一項發(fā)展目標就是節(jié)能減排

　　因為在生產(chǎn)水泥的整體過程中，從原料礦山采掘開始，經(jīng)過生料粉磨，熟料燒成、冷卻，水泥粉磨等等一系列的工序，一直到水泥裝運出廠，每一個環(huán)節(jié)都需要不斷地科技進步，研發(fā)創(chuàng)新。即便是現(xiàn)今最先進的預分解窯水泥技術將來總會被更先進的裝備技術所取代。例如，或許是熟料流態(tài)化煅燒，管道式熟料濃相燒成，物料自磨粉碎等等。所有這些科技創(chuàng)新都會給水泥工業(yè)甚至水泥本身帶來革命性的演變和進步。然而，對于這種“顛覆性”的創(chuàng)新是否可能在2050年之前發(fā)生，目前多數(shù)專家學者的看法都傾向于“尚未見曙光”.

　　這里暫且在現(xiàn)有預分解窯水泥技術的基礎上，對2050年水泥路線圖的節(jié)能減排研發(fā)最佳實用技術（BAT）的目標，筆者提出的全球平均先進指標主要如下：熟料熱耗550kcal/kg~600kcal/kg；熟料電耗35kWh/t~40kWh/t;水泥粉磨電耗15kWh/t~20kWh/t;水泥綜合電耗50kWh/t~60kWh/t（當熟料水泥比為65:100時）。2030年噸水泥產(chǎn)出的CO₂小于500kg（CSI初擬），其中有相當一部分將被儲存起來而不排放于大氣中。

　　據(jù)悉，關于這些指標的意見目前尚比較分散。然而節(jié)能減排卻是推行綠色經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟不可或缺的重要措施。關鍵在于如何商討研究確定科學可行的目標。2009年底出臺的2050年世界水泥發(fā)展路線圖，由于諸多原因，確有某些待再議之處，但它給我國的啟示是有益的。

　　結束語

　　1997年筆者論述水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略時，提出了“四零一負”的理念——環(huán)境零污染、電能零消耗、三廢零排放、天然化石燃料零消耗及廢料廢渣負增長。

　　不難看出，“四零一負”與2050年技術路線圖的基本觀念是相符的。現(xiàn)今，發(fā)達國家和我國許多新型干法窯水泥企業(yè)集團均已實現(xiàn)了環(huán)境零污染和三廢零排放。水泥工業(yè)的利廢功能（廢料廢渣負增長）也獲得社會公眾的認可與好評。天然化石燃料零消耗在發(fā)達國家已平均實現(xiàn)了1/3，我國正在起步階段。電能零消耗我國平均大致達到了1/5，關于電耗這一點，發(fā)達國家的技術路線是更傾向于繼續(xù)提高火電廠整體的發(fā)電效率，而對改進水泥窯余熱發(fā)電效率研發(fā)的投入較少。從全社會的節(jié)能減排來看，這樣總體效益更好，所以它們并沒有著力去追求水泥工業(yè)的電能零消耗。目前我國電廠效率雖然總平均值很低，但是在電力行業(yè)大力改革調整下，其必將會快速發(fā)展大幅提高的。所以水泥工業(yè)電能零消耗應該是我國在中長期規(guī)劃階段的奮斗目標，而不一定是一個長期的可持續(xù)發(fā)展的技術路線。修正后的概念應該是，無論如何水泥窯余熱必須充分地多渠道地綜合利用，例如發(fā)電、取暖、供熱、制冷等�？傊�，不能空排而浪費掉。

　　2050年技術路線圖所指明的五大發(fā)展方向——節(jié)能減排、混合水泥、協(xié)同焚燒可燃廢物、CO₂捕集儲存、生物質燃料聯(lián)產(chǎn)，這與綠色低碳經(jīng)濟的大趨勢是一致的。

　　然而這些領域中各個課題技術發(fā)展的成熟度、深度、廣度及研發(fā)應用的難度是有差別的，有的可能還在初級階段，有的可能已經(jīng)比較成熟，具有相當把握。但是鑒于距離2050年還有40年時間跨度，世界政治經(jīng)濟社會科技等諸多因素的不確定性或某些偶然事件的影響，該路線圖的進程和內容或將有所變化，在所難免。但是總的來說，這是在人們現(xiàn)有智慧和世界局勢較平穩(wěn)發(fā)展條件下較現(xiàn)實的預期目標。

　　國際能源結構（IEA）、世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（WBCSD）和水泥工業(yè)可持續(xù)促進委員會（CSI）對2050年前世界水泥工業(yè)CO₂減排所需投資的估算如表2所列，即用于水泥工業(yè)CO₂減排的投資介于3540億美元~8340億美元之間。

　　筆者認為，可能是對CCS的期望太高了。相反地，對其他措施的減排作用估計不足，尤其是對替代熟料生產(chǎn)混合水泥的投入更偏少�？磥眍A測投資的分配尚須根據(jù)各項技術措施（路線）的研發(fā)進展情況適時作出相應的調整。

　　我們應針對我國的具體情況，考慮到國際市場的變化，參考該2050年技術路線圖的思路，對我國水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展制定相應的路線圖。分重點、分課題、分階段地籌措財政保障，綜合組織各有關行業(yè)的科技研發(fā)資源，協(xié)作攻關，把我國又好又快地建成為一個綠色水泥強國。