混凝土与水泥制品的减碳 路径与策略研究 执行摘要 — 2023 年 8 月 中建研科技股份有限公司 自然资源保护协会 nrdc.cn 2023.08 中建研科技股份有限公司 中建研科技股份有限公司成立于 2001 年，隶属于国务院国资委管理的中国建筑科学研究院有限公司（以 下简称“中国建研院”），是由中国建研院结构所、抗震所、软件所、建材所改制而成的高新技术企业， 以建筑业新技术、新产品研发与应用为主业，业务领域涵盖建筑软件与信息化、建筑设计与工程咨询、 建筑改造与城市更新、建筑工业化与建材产品四大业务板块，并提供多种全过程解决方案。 自 然 资 源 保 护 协 会 （NRDC） 自然资源保护协会（NRDC）是一家国际公益环保组织，成立于 1970 年。NRDC 拥有 700 多名员工， 以科学、法律、政策方面的专家为主力。 NRDC 自上个世纪九十年代中起在中国开展环保工作，中国项 目现有成员 40 多名。NRDC 主要通过开展政策研究，介绍和展示最佳实践，以及提供专业支持等方式， 促进中国的绿色发展、循环发展和低碳发展。NRDC 在北京市公安局注册并设立北京代表处，业务主管 部门为国家林业和草原局。请访问网站了解更多详情 http://www.nrdc.cn/ 课题编写人员: 曹力强 研究员 中建研科技股份有限公司 叶武平 高级工程师 中建研科技股份有限公司 王小燕 工程师 中建研科技股份有限公司 申和庆 工程师 中建研科技股份有限公司 赵喜龙 城市项目主管 / 高级工程师 自然资源保护协会 潘支明 城市项目主任 自然资源保护协会 钱京京 高级战略顾问 自然资源保护协会 Cover Image by Anna on Pixabay. © Natural Resources Defense Council 2023 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权 自然资源保护协会 根据中国水泥协会统计数据，2021 年全国水泥行 业碳排放总量约 13.45 亿吨，占全国碳排放总量的 13% 左右，是仅次于电力行业（40%）和钢铁行业（14%） 的第三大碳排放行业。水泥行业要实现碳达峰碳中和， 不仅需要降低水泥生产单位碳排放量，更重要的是从水 泥的应用端出发，向上驱动水泥生产端减量生产。 本报告从混凝土应用端出发，预测了商品混凝土未 来市场需求趋势，并以混凝土产品本身为减碳研究对象， 以减少水泥使用为目标，提出了混凝土与水泥制品低碳 发展的技术路径，对不同技术的减碳潜力进行了预测， 并提出了水泥行业应用端低碳发展的政策建议。 根据中国水泥网水泥研究院分析，商品混凝土产量 混凝土是水泥产品的主要应用端。水泥作为胶凝材 年均复合增长率将达到 -3% 左右。考虑到我国城镇化 料，配以碎砂石为骨料，与水按一定比例混合搅拌成混 的发展阶段，随着建设需求的逐渐回落，行业逐步进入 凝土，大量和广泛用于建筑物和基础设施建设。根据中 下行周期（见图 1），2030 年商品混凝土产量预计下 国混凝土与水泥制品协会的数据，2022 年国内商品混 降至 24 亿立方米，2060 年预计为 16 亿立方米。依据 凝土产量达 32.9 亿立方米，预制混凝土构件 PC（墙板、 GB/T 51366-2019《建筑碳排放计算标准》附录 D 中 楼板、楼梯等）约 2 亿立方米。商品混凝土、预制混 C30 混凝土碳排放因子 295kgCO2e/m3 计算，通过产 凝土构件等制品每年至少消纳 70% 的水泥产量，其中 量缩减，到 2030 年二氧化碳排放可较 2022 年减少约 2022 年商品混凝土大约排放 9 亿吨二氧化碳（包括材 1.95 亿 吨，2060 年 可 减 少 约 4.3 亿 吨（ 以 下 均 为 与 料隐含碳）。因此，研究混凝土自身的减碳措施以及混 2022 年混凝土碳排放数据比较）。 凝土减量化使用，可形成有效的减碳动力，促进水泥生 产及应用产业链协同减碳。 商品混凝土产量（亿立方米） 35 32.93 产量（亿方） 29.71 28.82 26.46 25 20 30.63 29.44 30 21.7 18.14 27.96 24.01 23.36 20.61 18.55 20.61 16.00 15 10 5 0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2030 2035 2040 2060 年份 图 1 商品混凝土产量预测（2022 年之前为发改委公布数据，2022 年之后为预测值） 原材料隐含碳排放是混凝土碳排放的最主要组成 部分。根据北京地区搅拌站混凝土组成，计算碳排放得 出，在混凝土碳排放构成中，原材料隐含碳占 87% 以上， 生产占 1%，运输占 10% 以上。混凝土生产与运输环节 所占混凝土碳排放比重较小。PC 构件生产碳排放强度 在 300~400kg/m3 左右，原材料隐含碳占 80% 以上、 原材料运输碳排放占 1%~10% 之间、PC 构件的生产阶 段占 10% 左右、PC 构件的运输占比较小，6% 以下（见 图 2）。 执行摘要 / 混 凝 土 与 水 泥 制 品 的 减 碳 路 径 与 策 略 研 究 / 01 2030 2035 2040 2060 PC制品碳排放组成 混凝土碳排放构成 18.14 18.55 10% 21.7 23.36 原材料隐含碳 26.46 1% 生产 29.44 运输 32.93 30.63 原材料隐含碳 6%以下 10% 35 87%30 1% 10%25 1%~10% 29.71 87%以上 28.82 27.96 24.01 生产 运输 原材料隐含碳 原材料运输 20.61 20.61 8834.32 16.00 图 2 混凝土与 PC 构件的碳排放组成 80%以上 PC生产 PC运输 20 21.7 18.14 18.55 15 10 5 150603.63 0 本报告根据混凝土产品不同碳排放源，提出相应的 PC制品碳排放组成 减碳技术路径：混凝土生产端减碳包括优化混凝土配合 比、混凝土及制品固碳等；运输端采清洁运输代替传统 6%以下 能源汽车；使用端采用延长混凝土使用寿命技术。 10% 2015 2016 根据北京市搅拌站矿物掺合料的调研，目前矿物掺 合料平均替代水平是 36%，随着矿物掺合料粉磨技术的 提高、掺合料品质的提升，到 2030 年矿物掺合料替代 水泥掺量比例可整体提升至 50%。根据行业企业技术 水平推算，到 2030 年，将有 60% 混凝土生产企业可 原材料隐含碳 （1）在混凝土生产端减碳方面，优化混凝土配合 87% 实现矿物掺合料 50% 水平替代，可减少碳排放 3811.2 1%~10% 生产 1% 比是技术路径中较为成熟的手段。本报告从增加矿物掺 万吨，2060 年可实现 100% 混凝土生产企业矿物掺合 运输 合料比例、科学合理设计颗粒级配、增加再生骨料使用 10% 料 50% 替代，减少碳排放 4233.6 万吨（见图 3）。 比例三个方面按照时间梯度分别进行了减碳分析，预计 120% 到 2030 年通过优化混凝土配合比可减少碳排放 80%以上 7617 万吨 / 年，2060 年可减少碳排放 8971 万吨 / 年。 100% 120% 原材料运输 PC生产 PC运输 减少碳排放（万吨） 8834.32 150603.63 3811.2 100% 替代比例（%） 替代水平（%） 80% 60% 0% 4233.6 100% 762.6 5% 2023 1500.0 1000.0 20% 2025 年份 500.0 2030 图 3 矿物掺合料逐年替代比例和减少碳排放量 02 / 混凝土与水泥制品的减碳路径与策略研究 / 执行摘要 3500.0 2000.0 10% 2024 4000.0 2500.0 1479.4 393.1 4500.0 3000.0 60% 40% 20% 80% 2060 0.0 减碳量（万吨） 原材料隐含碳 120% 0.15 0.15 0.10 100% 0.15 0.20 0.30 80% 0.30 替代比例（%） ） 商品混凝土产量（亿方） 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2030 2035 2040 2060 24.01 20.61 20.61 16.00 运输 替代比例（%） ） 年份 生产 产量（亿方） 自然资源保护协会 原材料隐含碳 2017 自然资源保护协会 混凝土原材料颗粒级配技术的提升，从原来的双掺 粉煤灰、矿粉到掺粉煤灰、矿粉、石灰石粉的三掺技术， 可以实现颗粒的更紧密堆积。通过三掺技术实现颗粒的 紧密堆积，从而减少胶凝材料的使用。通过混凝土配合 比的优化，使混凝土结构更为致密，耐久性提升。预测 到 2030 年将有 50% 的混凝土生产企业可实现三掺技 术，可减少碳排放 2293 万吨；到 2060 年三掺技术实 现行业 100% 全覆盖，可减少碳排放 3057 万吨（见图 4）。 替代比例（%） 120% 3057.6 替代比例（%） 100% 100% 2293.8 80% 3500.0 3000.0 2500.0 2000.0 60% 40% 1000.0 550.7 20% 283.9 20% 500.0 10% 5% 0% 1500.0 50% 1068.4 2023 2024 减碳量（万吨） 减少碳排放（万吨） 2025 2030 2060 0.0 年份 图 4 原材料颗粒级配技术对减碳量的影响 再生骨料是未来砂石骨料的发展方向，将和机制砂 石共同占有市场份额。根据研究，以 1m3 C30 再生混 凝土减少约 21kg 二氧化碳（再生骨料 100% 替代）， 以此为基准按时间梯度计算混凝土企业使用再生混凝土 再生混凝土逐年替代比例 60% 1680.0 1512.4 替代比例（%） 50% 1174.1 40% 20% 312.0 800.0 600.0 20% 400.0 10% 200.0 5% 0% 2023 2024 1400.0 1000.0 30% 605.2 1600.0 1200.0 30% 10% 50% 1800.0 减碳量（万吨） 每年