碳减排与高强石膏砂浆市场前景及行业龙头企业的发展途径 韩灵翠1 王永昌2 陈国新2 （1.太原理工大学化工学院，山西太原030027；2.江苏国立环保科技有限公司， 江苏无锡 214128 ） 摘 要 水泥是一种典型的高能耗、高污染、高碳排放的产品，用高强石膏胶凝材料代替水泥砂浆是碳减排的重要途径；通过各种碳减排方式的对比，脱硫石膏高强胶凝材料代替水泥建筑砂浆是最有潜力的负成本碳减排。石膏砂浆产销企业、拥有性价比高和专利技术的高强石膏科技企业、电厂三家共同投资高强石膏生产线，延伸性价比高的自流平石膏和添加高强石膏的抹灰石膏砂浆，优势互补，是成为行业龙头企业的关键条件。 关键词：水泥碳排放、高强石膏 一、水泥的高碳特征及其低碳代用产品 根据国际能源机构（IEA）公布的数据显示，2012年全球碳排放最多的国家为中国(29%，增幅达5.9%)，总排放量达到93.7亿吨，按照2012年我国的GDP为52万亿元计算，当年我国的碳排放强度为1.8 CO2e∕万元。然而，在我国2012年的碳排放总量中，水泥的碳排放量为16.38亿吨左右（根据水泥中的氧化钙含量和能耗标准、以及水泥总产量为21.84亿吨计算而得），其比例占我国碳排放总量的17.5%，特别是水泥的碳排放强度达到22.73 CO2e∕万元，是我国平均水平的12倍。 水泥的碳排放之所以这样高，是因为水泥生产中需要高温煅烧石灰石（CaCO₃）而直接分解排放出CO₂，同时高温煅烧的高耗能和破碎粉磨的电耗还要间接排放CO₂，生产中能耗形成的碳排放占45%左右；同时，水泥混凝土作为建筑材料在废弃后还难以回收利用；因此，水泥生产的碳排放强度不仅是所有工业产品中最高的，同时它的节能也并不能同比例进行碳减排。另外，水泥不仅是一种高能耗、高污染、高碳排放的产品，还是一种资源型产品，它的主要原料——石灰石截止2007年全国已探明的基础贮量为750亿吨，其中具备经济开采条件的只有390亿吨；而2012年全国生产水泥21.84亿吨，耗用石灰石约26亿吨，照这样下去仅20年，具有经济价值的石灰石就开采完了。 同水泥一样也是三大胶凝材料之一的、由石膏生产的高强胶凝材料（强度相当于325#水泥，标准JC/T2038—2010），不仅生产中没有直接的碳排放，而且生产能耗也仅为水泥的65%；如果利用电厂低温蒸汽进行生产，基本上还没有粉尘排放，其技术性能完全可以替代水泥用于建筑物墙体内表面抹灰砂浆和地面找平砂浆；同时，做为建筑砂浆，高强石膏胶凝材料用量一般只有水泥的一半，综合计算下来，用于相同建筑面积时高强石膏胶凝材料的碳排放量仅为水泥的十分之一。而可浇筑、高耐久石膏水泥，不仅生产中CO₂排放量小，废弃的石膏经简单加工后还可重复使用；目前，国际上研究的石膏水泥其强度已超过60MPa，并具有抗侵蚀、耐气候等良好的耐久性能，可替代水泥混凝土用于住宅建设。发达国家建筑物内部的墙面和地面全部使用石膏砂浆，应用范围广，应用技术全面，已经形成完整的绿色环保建材应用体系；而我国在建筑物内部墙面使用石膏砂浆（粉刷石膏）正处于前期发展阶段，建筑物内地面使用的石膏砂浆（自流平石膏）则尚未产业化。 二、石膏胶凝材料生产能耗的计算 石膏胶凝材料分为高强石膏和建筑石膏，两者都是由二水石膏（天然石膏或工业副产石膏）加热脱去一个半结晶水而生成的，生产能耗中热耗占90%以上，能耗的计算就基本上是热耗的计算，而能耗又是影响石膏胶凝材料的生产成本的关键因素。 2.1计算半水石膏生产热耗的基本参数 （1）根据环保和节能要求，半水石膏的生产设备应以蒸汽为热源，因为大型锅炉的热效最高（按85%计），且脱硫石膏的排放企业基本上都具备提供蒸汽的条件； （2）二水石膏均以品位100%考虑，其中天然石膏不含附着水，而脱硫石膏含10%的附着水；由此而得生产一吨半水石膏需要1.186吨天然石膏或1.305吨脱硫石膏； （3）生产一吨半水石膏需蒸发结晶水186kg，若是脱硫石膏还要再蒸发119 kg的附着水，即一共需要蒸发305 kg水； （4）石膏的比热和分解热分别为0.26kcal/kg、22.7kcal/kg，水的比热为1kcal/kg，130℃时水的蒸发热焓为519kcal/kg； （5）100℃时水的热焓值为100kcal/kg，198℃饱和蒸汽（压力为1.5Mpa）的热焓值为667kcal/kg； （6）β-半水石膏(即建筑石膏)的生产工艺是先干燥后煅烧，设定煅烧温度在130℃； （7）α-半水石膏(即高强石膏，JC/T2038—2010) 的生产工艺是先蒸压（煮）脱结晶水、后干燥，设定蒸压和干燥温度均为130℃； （8）以下计算均未考虑生产设备通过保温层向外散热的热耗； （9）以下的计算过程中省略了单位。 2.2以脱硫石膏为原料转化为半水石膏（每吨）的理论热耗 原料蓄热：（石膏重量×石膏比热+附着水×水比热）×原料升温差值 ＝(1186×0.26+119×1)×（130-20）＝47010（kcal） 石膏分解热：原料重量×石膏分解热 ＝1186×22.77＝27005（kcal） 水蒸发热：结晶水和附着水的蒸发重量×130℃时水的蒸发热焓 ＝(186+119)×519＝158295（kcal） 理论热耗：原料蓄热+石膏分解热+水蒸发热 ＝47010+27005+158295＝232310（kcal）≈23.2万（kcal） 2.3建筑石膏的理论生产热耗计算 理论生产热耗＝理论热耗&pide;生产设备热效率&pide;热源热效率 如果采用蒸汽做热源，则消耗蒸汽热值＝理论热耗&pide;生产设备热效率； 2.4降低半水石膏生产热耗的途径 （1）降低理论转化热耗的途径 根据原料蓄热、石膏分解热和水蒸发热在理论热耗中的比例，可以得出水蒸发热占理论热耗的68%（脱硫石膏），而水蒸发的热耗在常压下是恒定的；因此，要想降低水蒸发热耗只能选择合适的低压生产条件和及时地将水蒸汽排出；而对于石膏分解热，可采用催化剂来降低热耗及分解温度，并同时降低原料的蓄热温度和蓄热值。另外，降低高强石膏或纤维石膏生产热耗思路亦是如此，不过所用催化剂还应有促进半水石膏晶体按照所需的方向生长，并能减少生长时间的功效。 （2）降低理论生产热耗的途径 采用大型蒸汽锅炉和调整生产设备的传热方式。 2.5 以脱硫石膏为原料、不同设备生产半水石膏的理论吨产品热耗比较
说明：（1）热源均采用电厂198℃的饱和蒸汽,；（2）高强石膏生产周期较长；因此高强石膏生产设备通过保温层释放的热能较多些；（3）沸腾炉所用原料的附着水须小于5%。 三、高强石膏胶凝材料与其它碳减排潜力和成本的比较 根据全球最大的战略咨询公司——麦肯锡公司2009年所做的《中国的绿色革命：实现能源与环境可持续发展的技术选择》报告（P66页～P101页）整理,以及根据国内研究成果（下表第1和第2项），获得以下《各种途径的碳减排成本和潜力对比》。
通过高强石膏代替水泥和水泥生产技术的创新，根据上表前3项可以计算出：每年可以减少CO₂排放量6.4亿吨，同时降低碳减排成本600多亿元；如果采用其它方法减排温室气体，根据上表可以计算出它们的加权平均减排成本为35.4欧元，约合人民币293.8元（按一欧元折合人民币8.3元），减少CO₂排放量6.4亿吨时需要减排费用1880.5亿元，这样一正一负相差约2494亿元；因此，通过建筑材料的创新、即高强石膏代替水泥和水泥生产技术的创新，我国每年可以减少温室气体减排费近2500亿元！ 四、高强石膏的产销现状和市场前景 虽然高强石膏的设备投资一般是建筑石膏的两倍，生产成本也较高于建筑石膏，但由于高强石膏的强度是建筑石膏的两倍以上，因此它的用途广、附加值高、销售半径可达1500～2000公里。目前，高强石膏完全还是以天然石膏为原料，主要用途是陶瓷模具、GRG产品等，基本上还没有用于建筑砂浆；由于我国的高强石膏生产工艺和设备从来就没有过技术进步和创新， 存在着明显的缺陷；因此，我国年产销约300万吨的“高强石膏”实际上是没有达到相关标准的，是一种介于高强石膏和建筑石膏的混合粉；也正是当前我国缺少质量达标并且稳定的高强石膏，在国外发展非常成熟、优点明显、综合成本更低、碳排放量仅为水泥砂浆十分之一的自流平石膏一直没能在我国推广使用。 目前，我国的“高强石膏”主要销售地区是东部地区和东南部地区，主要产地是湖北、湖南、山东、宁夏、甘肃等省区；由于生产高强石膏的原料品位需要在90%以上，而我国东部的高品位天然石膏资源日渐枯竭，其主产地正迅速向宁夏、甘肃、青海、内蒙转移。 我国的脱硫石膏品位一般都在90%以上，非常适合生产高强石膏，附加值高、可以远距离销售；它掺入抹灰砂浆中可以加大砂子的添加比例，提高石膏砂浆的易抹性，并降低成本；如果用于自流平石膏砂浆，则能够在自流平石膏原料中添加45%左右的砂子或粉煤灰，不仅能降低成本，还能提高自流平石膏的强度和耐磨性。另外，随着雾霾的治理和煤炭用量控制，建筑石膏的生产成本也会加大，从而缩减了高强石膏和建筑石膏的市场价格。 目前我国每年新增建筑面积近20亿平方米，这就大约需要5亿吨内墙抹面和地面找平水泥砂浆，约消耗水泥1.5亿吨；如果都用脱硫石膏高强胶凝材料代替水泥，就可以减少上亿吨的CO₂排放量,同时节约标煤近千万吨，并将0.8亿吨的脱硫石膏变废为宝。为此，国务院《“十二五控制温室气体排放工作方案》中明确提出：“控制工业生产过程温室气体排放，继续推广利用电石渣、造纸污泥、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣等固体工业废渣和火山灰等非碳酸盐原料生产水泥，加快发展新型低碳水泥”；“实施水泥、钢铁、石灰、电石等高耗能、高排放产品替代工程”。 5.成为石膏砂浆行业龙头企业的发展途径 由于我国石膏产品总产量相对不大和行业面也较为狭窄，而在这为数不多的企业中，北新建材无疑是龙头老大，不过它目前却主要涉及纸面石膏板，还未横向发展；同时其它诸如风险资本、脱硫工程公司延伸下游产品的企业资本也仅在关注、而没有实质性的进入脱硫石膏产业领域来，特别是石膏砂浆产业，没有龙头企业，这就为现有石膏砂浆企业的发展壮大提供了生长空间和时间；从企业经营战略方面来讲，成为石膏砂浆行业的龙头企业的最佳途径是：石膏砂浆产销企业、拥有性价比高和专利技术的高强石膏科技企业、电厂三家共同投资高强石膏生产线，延伸到性价比高的自流平石膏和添加高强石膏的抹灰石膏砂浆，优势互补，根据我们的高强石膏成本和生产自流平石膏砂浆辅料的一般成本，能够做到所产销的自流平石膏砂浆在可观利润的条件下，也能使售价远低于其它厂家的成本价和水泥自流平砂浆；之后再用技术和市场销售与电力集团合作，共同开发各电力集团所属电厂的脱硫石膏，一个地区一个地区对市场进行占领；这样在技术与设备上垄断，电力集团在资源上垄断和提供低价的干净能源（蒸汽），性价比很好的产品销售上形成卖方市场，产品利润滚动投入到新厂，几年之后三家的合资企业就可以做的很大很大。 六、结束语 根据我国在碳减排方面的承诺（2020年相对2005年碳减排强度降低40%～45%）和我国经济发展的速度（2020年的经济总量相对2010年翻一番），2020年我国的碳排放总量将增加到120多亿吨；国家有关部门预测，2025年我国的碳排放总量才能达到顶峰，然而目前全球碳排放量第二大的美国和第三大的欧盟的碳排放量都已在减少；并且由于我国碳排放基础量巨大，它的继续增加和不能达到碳排放顶峰，对全球碳排放量的增加举足轻重；从而国际上对我国的强制碳减排压力只会继续增大，要求中国承担的国际责任也会越来越大。因此，在节能减排、应对气候变化的大背景下，我国“十二五”已经规划：能耗总量和用电量双控制、碳减排为约束性指标、实施碳税、资源税和碳交易、以及要求平均每年最低工资上涨13%，这一切都为脱硫石膏生产高附加值、销售半径可达2000公里的高强石膏及其延伸产品（自流平石膏、高强石膏保温板等）提供了非常难得的市场机遇和政策环境，用脱硫石膏生产高强石膏代替水泥的部分用途是发展低碳经济和循环经济、建设资源节约型社会的重要组成部分；根据上述不同半水石膏生产设备的对比，压力炒锅尽管与生产建筑石膏的热耗相当；但却生产的是强度高于建筑石膏两倍以上的高强石膏，它一吨能抵两吨建筑石膏用，附加值更高、用途更广。 作者：王永昌   更多行业信息 新型砂浆网：http://www.maor.cn/ 保温工程网：http://www.bwgcw.com/ |
