北科蘊(yùn)宏:低碳膠凝材料——多固廢利用，促進(jìn)建材碳減排

“雙碳”目標(biāo)提出后，高碳建材領(lǐng)域特別是水泥行業(yè)的碳減排“壓力山大”。

水泥行業(yè)，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(guān)全局。根據(jù)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》的要求，到2050年，中國水泥工業(yè)至少需要減少70%的碳排放。但限于目前水泥產(chǎn)品相關(guān)減碳技術(shù)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(yùn)宏環(huán)保科技（北京）有限公司，是一家以新型低碳膠凝材料生產(chǎn)為核心，并為多源大宗工業(yè)固廢、危廢處置提供綜合服務(wù)的新材料公司，致力成為全球低碳新材料行業(yè)的領(lǐng)軍者。其自主研發(fā)生產(chǎn)的新型低碳膠凝材料擁有豐富的應(yīng)用場景和完整的產(chǎn)品體系，并以工藝簡化和更短的生產(chǎn)流程大幅降低碳排放與產(chǎn)品成本。該新型膠凝材料本身低碳排放的屬性，為相關(guān)應(yīng)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(tǒng)水泥行業(yè)碳減排難度大的問題。

最近，北科蘊(yùn)宏總經(jīng)理張靜文接受媒體采訪，解惑高碳建材行業(yè)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(yōu)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(fù)鹽效應(yīng)“和“硅的四配位同構(gòu)化效應(yīng)”兩個(gè)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(chǎn)“全固廢高性能混凝土”服務(wù)的。各類固廢原料在機(jī)械力學(xué)的作用下，使其平均粒徑達(dá)到3微米以下，致使原料物質(zhì)表面發(fā)生晶格畸變，各物質(zhì)協(xié)同激發(fā)其化學(xué)活性，以生產(chǎn)全固廢低碳膠凝材料。所有原材料來源于各種工業(yè)固廢，不使用任何苛性堿作為外加劑。

在強(qiáng)度、耐久性能方面，全固廢低碳膠凝材料與傳統(tǒng)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(yīng)勢能比較低，水化熱比較低，適合大體積混凝土應(yīng)用，可防止因水泥的水化熱比較高，導(dǎo)致大體積混凝土開裂的情況。它的耐酸堿腐蝕性、耐化學(xué)腐蝕性比較強(qiáng)，特別適合用作海工混凝土，并且在水利工程的復(fù)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(qiáng)，可以作為重金屬固化劑，協(xié)同處置生活垃圾焚燒飛灰、危險(xiǎn)廢棄物等。

相比一般膠凝材料，全固廢低碳膠凝材料的優(yōu)勢還在于生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)水泥低30-50%；生產(chǎn)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(fā)揮作用是怎樣的？

張靜文：傳統(tǒng)水泥“兩磨一燒”的生產(chǎn)工藝決定了碳排放量過高，行業(yè)普遍認(rèn)為，每生產(chǎn)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(chǎn)過程不需要兩磨一燒，只需一次加工。根據(jù)國檢集團(tuán)給全固廢低碳膠凝材料所作的全生命周期碳排放報(bào)告，一噸產(chǎn)品的碳排放僅為75公斤，即對比水泥可實(shí)現(xiàn)約90%的碳減排。而且生產(chǎn)過程所需能耗也很低，一噸水泥的能耗為90-110公斤標(biāo)煤，一噸全固廢低碳膠凝材料僅為16-18公斤標(biāo)煤，降低約75%以上。

另外，一個(gè)年產(chǎn)50萬噸低碳膠凝材料項(xiàng)目，到少能形成25萬噸碳資產(chǎn)，也有望能參與碳交易并獲得的碳資產(chǎn)收益。如果我們的技術(shù)能在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，可以助力建材全產(chǎn)業(yè)鏈每年減排10億噸二氧化碳，相當(dāng)于一半可再生新能源的減碳量。

問：北科蘊(yùn)宏是如何發(fā)現(xiàn)全部以工業(yè)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(fā)展歷程，可追溯到上世紀(jì)80年代。

北科蘊(yùn)宏首席科學(xué)家、北京科技大學(xué)終身教授倪文從國外引進(jìn)“堿激發(fā)地質(zhì)聚合物技術(shù)”理論，將英文單詞geopolymer翻譯為“地質(zhì)聚合物”，并在國內(nèi)發(fā)表第一篇相關(guān)論文，可稱為我國地質(zhì)聚合物的“第一人”。

國內(nèi)第一代地質(zhì)聚合物不能與水泥共同使用，激發(fā)劑與外加劑不能融合，這就導(dǎo)致了規(guī)?；瘧?yīng)用方面存在缺陷。第二代的少熟料固廢基膠凝材料，利用固態(tài)的水泥熟料作為激發(fā)劑，不具有獨(dú)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(chǎn)品，即全固廢低碳膠凝材料，與需要堿激發(fā)的地質(zhì)聚合物相比，生產(chǎn)工藝更為簡單可控，生產(chǎn)質(zhì)量更為穩(wěn)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(yùn)宏如何看待全固廢低碳膠凝材料的行業(yè)前景？

張靜文：黨的二十大報(bào)告特別提出“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和”。2023年7月，中央全面深化改革委員會(huì)第二次會(huì)議再一次強(qiáng)調(diào)：推動(dòng)能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放雙控。國家發(fā)展改革委修訂并發(fā)布了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2023年本，征求意見稿）》，低碳膠凝材料被新增列入鼓勵(lì)類項(xiàng)目。同時(shí)“固廢基膠凝材料制備新型低碳綠色建材技術(shù)”已列入工信部《國家工業(yè)資源綜合利用先進(jìn)適用工藝技術(shù)設(shè)備目錄》，正在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)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(dòng)的歷史性進(jìn)程中成為建材行業(yè)碳減排的一個(gè)重要引擎和推手，承載著我國建設(shè)低碳產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系的重要?dú)v史使命。

從產(chǎn)品質(zhì)量方面講，全固廢低碳膠凝材料產(chǎn)品性能與傳統(tǒng)水泥基本一致，可以在0-100%范圍內(nèi)任意比例進(jìn)行替代。從市場價(jià)格方面講，全固廢低碳膠凝材料的售價(jià)比水泥低，總體優(yōu)勢明顯。從市場空間角度講，能夠用于全固廢膠凝材料生產(chǎn)的各類冶金廢渣，每年的產(chǎn)生量大約在8.3億噸左右，可以生產(chǎn)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(yù)制件等應(yīng)用場景和領(lǐng)域，市場空間至少再翻一倍。

我們最大的優(yōu)勢是給上、下游合作伙伴都帶來了價(jià)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(fèi)用，產(chǎn)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(shí)有利于整個(gè)行業(yè)的碳減排。

問：目前北科蘊(yùn)宏的全固廢低碳膠凝材料的生產(chǎn)情況如何？

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

我們在各個(gè)區(qū)域也會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓虖U情況，形成定制化的區(qū)域性解決方案。例如，在山西處理煤矸石，在遼寧鞍山處理當(dāng)?shù)氐蔫F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(yùn)宏不僅能有針對性地解決當(dāng)?shù)毓虖U尾渣等的處置問題，還能提供固廢產(chǎn)品的循環(huán)再利用價(jià)值，協(xié)助當(dāng)?shù)卣约跋嚓P(guān)企業(yè)，在本地形成完整的商業(yè)生態(tài)閉環(huán)。

問：當(dāng)初，北科蘊(yùn)宏選擇全固廢低碳膠凝材料作為創(chuàng)業(yè)方向的原因是什么？

張靜文：公司創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)核心成員都是研發(fā)出身，研究方向就是全固廢低碳膠凝材料以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)化。全固廢低碳膠凝材料在誕生之初主要應(yīng)用于C60、C80、C100等高性能混凝土，在目前的應(yīng)用場景下，包括在商砼中的應(yīng)用，都是屬于很成熟、很基礎(chǔ)的降維應(yīng)用。

在創(chuàng)業(yè)之初，北科蘊(yùn)宏主要是利用全固廢低碳膠凝材料協(xié)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(tái)后，北科蘊(yùn)宏主要發(fā)揮全固廢膠凝新材料在礦山充填及基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域的作用與價(jià)值，推動(dòng)相關(guān)普及與產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，北科蘊(yùn)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(yīng)用，如固廢基無機(jī)加固材料、無機(jī)高強(qiáng)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(diǎn)支撐”是北科蘊(yùn)宏對公司發(fā)展模式的總結(jié)?！耙惑w”代表北科蘊(yùn)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(yè)固廢和重金屬危廢的無害化和資源化利用；“多點(diǎn)支撐”是指固廢基膠凝材料在多領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用及多種產(chǎn)品應(yīng)用場景?！疤N(yùn)聚八方資源，宏溥綠水青山”是北科蘊(yùn)宏對未來發(fā)展的愿景，公司將努力依托科技創(chuàng)新，成就世界一流企業(yè)，助力零碳社會(huì)建設(shè)。