数字(假设燃油效率提高10%)
改进程序控制和下一代测量装置的效果也很显著 。该领域的领导者LafargeHolcim已经启动了“明日工厂”计划 ， 该计划将引入包括机器人技术、人工智能和预测性维护在内的多种技术 。使用这一系列技术的工厂都安装了技术信息系统 ， 可以跟踪绩效 ， 集中分配资源 ， 据说可以获得15%-20%的运营效率增益 。考虑到公司经营效率转化为脱碳的挑战 ， 这部分燃料燃烧效率估计提高10%左右 。
碳捕获和储存(假设100%的二氧化碳捕获是可行的)
窑和煅烧石灰石的排放物结合成单一的烟道气流并从工厂排出 。由于二氧化碳浓度高(按体积计14%-33%) ， 从水泥厂捕获二氧化碳比从同等规模的天然气厂(3%)或燃煤厂(15%)更容易 。通常有三种不同类型的CCS:燃烧后捕获、氧燃料燃烧室捕获和燃烧前捕获 。澳大利亚Calix公司最近开发了一种直接分离反应器(DSR ),正在商业化 。
有许多类型的燃烧后捕获策略 ， 它们或者用于改造现有发电厂 ， 或者作为新发电厂的末端捕获技术 。
【水泥的脱碳化生产 水泥生产工艺】在氧燃料燃烧中 ， 二氧化碳的捕获实际上发生在燃料与纯氧和回收的二氧化碳而不是空气体一起燃烧之后 。而且从理论上讲 ， 从流经厂房的空气体中去除大量氮气 ， 可以降低油耗 。而且已经证明在含氧燃料气氛下生产的水泥没有质量问题 。这种收集策略的困难在于难以升级现有的水泥厂 。这也意味着水泥厂可能需要与制氧机同处一地 ， 这样它们作为一个工业综合体可以有更好的体验 。
DSR技术实际上是一种煅烧石灰石的新方法 。石灰石通过一个巨大的外部可加热管道煅烧 ， 二氧化碳在石灰石从管道垂直下落的过程中被捕获 。这一过程可以从石灰石中捕获释放的高纯度二氧化碳 ， 而不会大大增加能耗或成本 。挪威公司Norcem在挪威布雷维克的Longship CCS项目最近得到了挪威政府的投资 ， 这表明CCS更有可能用于水泥 。
数据分析
假设水泥厂仅使用化石燃料而不提高工艺效率 ， 其二氧化碳净排放量(仅考虑直接排放量 ， 即燃料和煅烧产生的排放量)如下图2所示 。图2还显示了CSS对各种化石和非化石燃料的应用效果 ， 以及效率提高、熟料替代及其对每种燃料的综合效果 。(实线代表CSS进程的使用) 。如图2A所示 ， 在使用化石燃料和“零”CCS工艺的条件下 ， 水泥厂使用LC3水泥会有更显著的减排效果 ， 但它只会改变熟料比或工厂效率 。虽然它有很高的经济利润 ， 但它只会略微改善整体的二氧化碳排放量 。另外 ， 固体CSS的数据表明 ， CCS是实现零排放的必要条件 。
图2B和2D显示 ， 在不使用CCS的情况下 ， 只有燃料转化为氢(或电或生物质)对过程碳排放没有影响 。还表明熟料替代对排放的影响比提高工艺效率更显著 。当加入CSS技术捕获二氧化碳时 ， 以生物质为燃料的窑炉将在捕获约63%的二氧化碳时实现碳中和 ， 而城市固体废物将在捕获约80%时实现碳中和 ， 而其他燃料仅在捕获100%时实现碳中和(即不会实现碳中和) 。当然 ， 结合所有技术(CCS除外)可以显著减少二氧化碳排放 ， 但即使结合所有技术(使用LC3水泥)和用生物质或氢气烧窑 ， 也会产生50%的基本排放 ， 这远远高于零排放的要求 。
正如预期的那样 ， 随着低碳捕集技术或零碳捕集技术的应用 ， 提高效率或替代熟料可以减少每吨水泥的排放总量 。然而 ， 如果只使用生物质或城市固体废物作为替代燃料 ， 即使部署非常高比例的CCS工艺策略 ， 情况也无法改善——每生产一吨水泥 ， 燃烧更多的生物质将导致更大的二氧化碳排放 。另外 ， 生物质其实是一种有限的资源 ， 这个过程的主要价值是生产水泥 ， 而不是减排 。
这个简单的回顾和分析结论表明 ， CCS的部署是关键 。合理分配潜在的生物质燃料比例和CCS工艺可以最大限度地减少二氧化碳排放 ， 最终使碳中和成为可能 。接下来 ， 熟料替代是最有实用价值的 ， 尤其是在CCS技术尚未部署 ， 但需要深度开发脱碳技术的情况下 。固体废弃物作为燃料 ， 其实比生物质便宜 ， 对于高熟料比的水泥生产是足够的 ， 也能达到一定的“减排”效果 。
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