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    北科蘊宏:低碳膠凝材料——多固廢利用,促進建材碳減排

    2023-07-24 14:17:27   來源:投資家網  作者: 

    摘要:“雙碳”目標提出后,高碳建材領域特別是水泥行業的碳減排“壓力山大”。

    “雙碳”目標提出后,高碳建材領域特別是水泥行業的碳減排“壓力山大”。

    水泥行業,因占到我國碳排放總量14%左右,被視為“碳排放大戶”,其碳減排事關全局。根據《2030年前碳達峰行動方案》的要求,到2050年,中國水泥工業至少需要減少70%的碳排放。但限于目前水泥產品相關減碳技術成熟度較低、成本高,減排量有限等難題,市場呼喚針對水泥等高碳建材的碳減排“解決之道”。

    北科蘊宏環??萍迹ū本┯邢薰?,是一家以新型低碳膠凝材料生產為核心,并為多源大宗工業固廢、危廢處置提供綜合服務的新材料公司,致力成為全球低碳新材料行業的領軍者。其自主研發生產的新型低碳膠凝材料擁有豐富的應用場景和完整的產品體系,并以工藝簡化和更短的生產流程大幅降低碳排放與產品成本。該新型膠凝材料本身低碳排放的屬性,為相關應用場景提供了行之有效的低碳解決方案,從而從根本上解決傳統水泥行業碳減排難度大的問題。

    最近,北科蘊宏總經理張靜文接受媒體采訪,解惑高碳建材行業碳減排的一些思路:

     

    問:可作為普通硅酸鹽水泥來使用的新型膠凝材料的原理與優勢是什么?

    張靜文:新型低碳膠凝材料,也叫固廢基膠凝材料、全固廢免燒膠凝材料等,是在“復鹽效應“和“硅的四配位同構化效應”兩個理論的支撐下誕生的新型水硬性膠凝材料。其誕生的初期主要是為生產“全固廢高性能混凝土”服務的。各類固廢原料在機械力學的作用下,使其平均粒徑達到3微米以下,致使原料物質表面發生晶格畸變,各物質協同激發其化學活性,以生產全固廢低碳膠凝材料。所有原材料來源于各種工業固廢,不使用任何苛性堿作為外加劑。

    在強度、耐久性能方面,全固廢低碳膠凝材料與傳統水泥一致,可以制備成從C15-C100各種等級的混凝土,用于修建房屋、公路、跨海大橋、隧道等。且它反應勢能比較低,水化熱比較低,適合大體積混凝土應用,可防止因水泥的水化熱比較高,導致大體積混凝土開裂的情況。它的耐酸堿腐蝕性、耐化學腐蝕性比較強,特別適合用作海工混凝土,并且在水利工程的復雜浮力條件下也可以適用。此外,它對于重金屬的固化能力比較強,可以作為重金屬固化劑,協同處置生活垃圾焚燒飛灰、危險廢棄物等。

    相比一般膠凝材料,全固廢低碳膠凝材料的優勢還在于生產成本比傳統水泥低30-50%;生產流程比較短、碳排放比較低,相比水泥減排二氧化碳90%以上,能耗相比水泥降低75%以上。

     

    問:在碳減排方面,全固廢低碳膠凝材料所發揮作用是怎樣的?

    張靜文:傳統水泥“兩磨一燒”的生產工藝決定了碳排放量過高,行業普遍認為,每生產一噸水泥大約需要排放713公斤二氧化碳。

    全固廢低碳膠凝材料生產過程不需要兩磨一燒,只需一次加工。根據國檢集團給全固廢低碳膠凝材料所作的全生命周期碳排放報告,一噸產品的碳排放僅為75公斤,即對比水泥可實現約90%的碳減排。而且生產過程所需能耗也很低,一噸水泥的能耗為90-110公斤標煤,一噸全固廢低碳膠凝材料僅為16-18公斤標煤,降低約75%以上。

    另外,一個年產50萬噸低碳膠凝材料項目,到少能形成25萬噸碳資產,也有望能參與碳交易并獲得的碳資產收益。如果我們的技術能在全國范圍內推廣應用,可以助力建材全產業鏈每年減排10億噸二氧化碳,相當于一半可再生新能源的減碳量。

     

    問:北科蘊宏是如何發現全部以工業固廢為原料制備低碳膠凝材料的?

    張靜文:全固廢低碳膠凝材料的發展歷程,可追溯到上世紀80年代。

    北科蘊宏首席科學家、北京科技大學終身教授倪文從國外引進“堿激發地質聚合物技術”理論,將英文單詞geopolymer翻譯為“地質聚合物”,并在國內發表第一篇相關論文,可稱為我國地質聚合物的“第一人”。

    國內第一代地質聚合物不能與水泥共同使用,激發劑與外加劑不能融合,這就導致了規?;瘧梅矫娲嬖谌毕?。第二代的少熟料固廢基膠凝材料,利用固態的水泥熟料作為激發劑,不具有獨立的膠凝性能,需要跟水泥一起使用,不能完全替代水泥。

    2011年之后,我們開始研究第三代產品,即全固廢低碳膠凝材料,與需要堿激發的地質聚合物相比,生產工藝更為簡單可控,生產質量更為穩定,其水化后的物相組成,以及性能和使用方法都與普通硅酸鹽水泥最為接近。

     

    問:北科蘊宏如何看待全固廢低碳膠凝材料的行業前景?

    張靜文:黨的二十大報告特別提出“積極穩妥推進碳達峰碳中和”。2023年7月,中央全面深化改革委員會第二次會議再一次強調:推動能耗雙控逐步轉向碳排放雙控。國家發展改革委修訂并發布了《產業結構調整指導目錄(2023年本,征求意見稿)》,低碳膠凝材料被新增列入鼓勵類項目。同時“固廢基膠凝材料制備新型低碳綠色建材技術”已列入工信部《國家工業資源綜合利用先進適用工藝技術設備目錄》,正在全國范圍內推廣應用。這充分說明“低碳(全固廢)膠凝材料”及“低碳(全固廢)混凝土”將在國家“雙碳”推動的歷史性進程中成為建材行業碳減排的一個重要引擎和推手,承載著我國建設低碳產業經濟體系的重要歷史使命。

    從產品質量方面講,全固廢低碳膠凝材料產品性能與傳統水泥基本一致,可以在0-100%范圍內任意比例進行替代。從市場價格方面講,全固廢低碳膠凝材料的售價比水泥低,總體優勢明顯。從市場空間角度講,能夠用于全固廢膠凝材料生產的各類冶金廢渣,每年的產生量大約在8.3億噸左右,可以生產10-12億噸全固廢的膠凝材料。我國目前水泥銷量約是每年22-23億噸,具有40%的替代空間。如果再加上礦山回填、其他預制件等應用場景和領域,市場空間至少再翻一倍。

    我們最大的優勢是給上、下游合作伙伴都帶來了價值。對上游來講,我們幫鋼鐵廠解決了鋼渣、脫硫灰等處置問題,降低處置費用,產生正向收益;對于下游來講,提高原材料性能,降低使用成本,同時有利于整個行業的碳減排。

     

    問:目前北科蘊宏的全固廢低碳膠凝材料的生產情況如何?

    張靜文:公司現有四條生產線,分別為山西懷仁、長治、太原,以及河北霸州。第一條生產線位于山西懷仁,于2021年建成并投產,年產能為50萬噸,長治年產能為120萬噸,河北霸州的年產能為90萬噸。另外在寧夏、遼寧、湖北、重慶等地也有技術合作的生產基地。

    我們在各個區域也會根據當地的固廢情況,形成定制化的區域性解決方案。例如,在山西處理煤矸石,在遼寧鞍山處理當地的鐵尾礦,在寧夏石嘴山處理硅錳合金渣,在江西宜春處理碳酸鋰的鋰渣等。北科蘊宏不僅能有針對性地解決當地固廢尾渣等的處置問題,還能提供固廢產品的循環再利用價值,協助當地政府以及相關企業,在本地形成完整的商業生態閉環。

     

    問:當初,北科蘊宏選擇全固廢低碳膠凝材料作為創業方向的原因是什么?

    張靜文:公司創始團隊核心成員都是研發出身,研究方向就是全固廢低碳膠凝材料以及相關產業化。全固廢低碳膠凝材料在誕生之初主要應用于C60、C80、C100等高性能混凝土,在目前的應用場景下,包括在商砼中的應用,都是屬于很成熟、很基礎的降維應用。

    在創業之初,北科蘊宏主要是利用全固廢低碳膠凝材料協同處置生活垃圾焚燒飛灰,并用于礦山充填,有效解決垃圾焚燒飛灰中重金屬污染的問題?!半p碳”政策出臺后,北科蘊宏主要發揮全固廢膠凝新材料在礦山充填及基礎建設領域的作用與價值,推動相關普及與產業化。同時,北科蘊宏還在積極推廣全固廢膠凝材料在各類低碳特種功能材料方面的應用,如固廢基無機加固材料、無機高強注漿材料、無水泥基坑防滲材料、軟土固化劑等。

    “一體兩翼,多點支撐”是北科蘊宏對公司發展模式的總結?!耙惑w”代表北科蘊宏的核心材料體系——全固廢膠凝材料體系;“兩翼”分別是指一般工業固廢和重金屬危廢的無害化和資源化利用;“多點支撐”是指固廢基膠凝材料在多領域的實際應用及多種產品應用場景?!疤N聚八方資源,宏溥綠水青山”是北科蘊宏對未來發展的愿景,公司將努力依托科技創新,成就世界一流企業,助力零碳社會建設。


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