一、案例背景
二氧化碳是造成全球气候变暖的主要温室气体，减少二氧化碳排放对控制全球变暖、实现经济的可持续发展具有重要意义。水泥行业作为国民经济的重要基础产业，在全球范围内，水泥行业贡献了碳排放总量的7%。我国水泥行业的碳减排压力很大，CCUS是水泥行业碳减排的重要技术路径。
CCUS技术包含碳捕集、碳利用和碳封存。在水泥行业，目前仅有白马山水泥厂CCUS项目，其吸收剂再生能耗2.8-3.2 GJ/tCO2，能耗偏高，亟须开发一种高性能低能耗CO2吸收剂；建材领域的碳利用技术主要集中在两个方面：一是采用CO2矿化强化固废基建材原料，二是CO2矿化养护水泥基材料混凝土制品。整体上，目前此类技术成熟度还不高，关于水泥基胶凝材料及固废的矿化机制、固碳效率优化等基础理论问题尚不明晰，尚未形成固体废弃物及水泥基胶凝材料固碳利用的规模化技术体系和工程应用；在CCUS温室气体排放核算领域只有一些指导性的、框架式的规范或方法指南，但仍存在覆盖环节不完整、核算边界不明确、核算方法不具体等一系列问题，采用CCUS技术进行减排的温室气体量化方法仍相对缺乏。
本课题由北京金隅集团、北京建筑材料科学研究总院有限公司、北京金隅北水环保科技有限公司、北京市科学技术研究院、北京工业大学等单位承担，针对城市多源复杂危险废物处置特点，开展水泥行业碳捕集与资源化利用关键技术研究，应用全球最先进的复杂烟气二氧化碳捕集及多路径利用技术，建设水泥窑窑尾烟气二氧化碳捕集与利用项目。开发将二氧化碳用于改性强化典型固体废弃物钢渣和建筑垃圾、矿化养护水泥基胶凝材料混凝土制品生产工艺和技术，实现二氧化碳的高值化多途径利用，拓展二氧化碳利用应用场景。建设一条协同处置危险废物复杂烟气碳减排示范线并促进上下游二氧化碳捕集利用相关行业发展。
二、取得效果
该项目基于吸收-解吸机理与胶凝材料碳化-水化协同反应机制等科学问题，研发高性能低能耗碳捕集吸收剂调配、复杂烟气低能耗碳捕集、固废及水泥基胶凝材料固碳矿化、水泥窑复杂烟气碳捕集利用全流程碳足迹评价四项关键技术，集成了复杂烟气除杂、新一代吸收剂、高效换热及双解吸塔联用等多项工艺措施，在京津冀地区建立了首条水泥窑协同处置危废复杂烟气环境下的碳捕集项目示范线，并建立了基于性能－资源－环境等关键因素的水泥窑协同处置危废碳捕集利用技术碳足迹评价方法。
课题的实施可以有效削减温室气体排放，有助于创造环境友好型产品，对于推进碳中和进度和推动北京应对气候变化具有重要意义。可增加建材企业未来进入碳市场的碳汇收益，提升低碳市场竞争力，助力推动企业“双碳”目标的实现。在碳捕集及吸收剂开发方面，碳捕集示范线项目投产后，生产期内年均营业收入7668万元。固废矿化技术开发与应用推动了CO2在大宗固体废弃物及混凝土制品中的高效资源化利用，开发出系列新型固碳优质建材原料产品。
三、成果转化前景
开发的低能耗碳捕集吸收剂对二氧化碳浓度10%～20%的低浓度烟气具有高捕集率，适用于多类型及不同复杂程度的烟气。该技术可以向水泥企业、电力企业、钢铁企业、焚烧企业、化工企业等推广应用，还能拓展到协同处置废弃物的企业。
课题形成的固体废弃物固碳矿化工艺可以进行应用的拓展延伸，除对钢渣、建筑垃圾等废弃物适用以外，可以扩展到碱性、含钙或含镁等固体废弃物。固碳矿化工艺实现二氧化碳固定的同时，可以实现对废弃物性能的提升与改善，可拓宽废弃物的利用路径。本课题形成的水泥基胶凝材料固碳矿化工艺可以应用于水泥、混凝土、砂浆等行业，实现二氧化碳在建筑行业的全产业链利用，形成一系列低碳/负碳建材产品，深耕建筑行业实现低碳绿色发展。
