水泥行業節能減碳壓力巨大。盡管目前針對水泥工業的能效提升技術、燃原料替代技術以及降低水泥熟料因子等措施，能夠在一定程度上降低水泥生產的碳排放強度，但離實現碳中和目標還有相當長的距離。因此，研發和應用具有極低二氧化碳排放的新型低碳膠凝材料，是行業發展的方向。

水泥碳減排任務艱巨

水泥混凝土材料是迄今為止人類使用量最大的人造材料。全球每年水泥產量超過44億噸、每年消耗的混凝土超過140億立方米。以水泥工業為基礎的水泥混凝土材料，作為最主要的土木工程材料，幾乎覆蓋了地球上所有的現代人類活動場所，包括住房、都市化與城市建設、道路和基礎設施——公路、鐵路、機場、大壩、核電站、海洋工程等，水泥工業的發展和成熟奠定了現代人類文明、發展和繁榮的物質基礎。

然而，如此巨量的水泥需求和工業生產也造成了能源和資源的巨大消耗，尤其是硅酸鹽水泥“兩磨一燒”的制備工藝，單位產品能耗接近4000MJ/t，生料煅燒過程中石灰石原料的分解以及化石燃料（主要是煤）的燃燒，產生大量的CO₂排放，每生產1t水泥熟料排放CO₂約0.95t，水泥行業已成為繼電力、鋼鐵行業后的第三大碳排放大戶。

創新固廢處置利用模式

我國作為工業大國，在原材料的開采和冶煉等加工過程中會產出大量的固體廢棄物，每年新增的尾礦、粉煤灰、煤矸石、冶煉廢渣、爐渣、赤泥和脫硫石膏等大宗工業固體廢棄物等接近40億噸，累計堆存量超過600億噸。固廢的長期堆放不僅侵占土地資源，并且易造成揚塵、土壤及地下水污染等環境問題。盡管近年來固廢的綜合利用水平穩步提升，但目前我國大宗工業固體廢棄物的綜合利用率仍不到45%，與《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》中提出的到2025年大宗固廢綜合利用率達到60%，還存在較大差距，尤其赤泥和煤氣化渣等，利用率不足10%。

目前，大宗工業固廢的應用主要涉及以下幾類。一是尾礦，二次選礦、制備建材、采空區充填、制作肥料、尾礦復墾等；二是冶金渣，用作水泥復合材、混凝土摻和料、道路材料、回填材料、建材制品等；三是煤矸石，用于電力、建材、回填、化工材料等；四是粉煤灰，用于建材、有價金屬提取、土壤改良劑和環保產品等；五是工業副產石膏，石膏板、石膏砌塊、石膏基砂漿以及高強石膏產品等。

可見，大宗工業固廢的綜合利用途徑較為傳統單一，無法形成規?；咧诞a業，潛在的鋁硅酸鹽資源還未被很好的開發和利用。一是因為大宗工業固廢資源價值沒有得到應有的重視，大宗工業固廢既有污染屬性，又有極強的資源替代屬性；二是部分關鍵性技術還未得到有效的突破，如赤泥由于成分復雜、堿性高、水分大等因素導致預處理成本高，缺乏高效低成本處置利用技術；煤氣化渣因含水率高、過燃碳和芳烴物質多等問題而始終缺乏大規模利用手段。大宗固廢的處置利用模式還需進一步創新和提升，如制備堿激發膠凝材料等固廢基低碳膠凝材料。

堿激發膠凝材料遇新機

堿激發膠凝材料最早提出是為了補充硅酸鹽水泥產量的不足，但如今堿激發膠凝材料已然成為了低碳膠凝材料的重要方向之一。

首先，其不同于目前以硅酸鹽熟料礦物為主要組成的膠凝體系，直接利用礦渣、粉煤灰等工業固體廢棄物中的有用成分，無需消耗一次資源；其次，無需煅燒，僅需經過簡單的粉磨加工處理，所需的能耗和碳排放極低；再次，堿激發技術的使用范圍廣，能夠實現大多數鋁硅酸鹽原料的活化，是一種適用于有高溫熱歷史的鋁硅酸鹽固廢轉化為膠凝材料的通用技術，具有普適性和可推廣性。

隨著近年來國內外的廣泛研究和產業化實踐，堿激發膠凝材料的標準體系開始逐步建立和完善、產業技術開始實踐和成熟，堿激發膠凝材料的產業化推廣開始提上日程，以工業固廢等鋁硅酸鹽為基礎的低碳膠凝材料或將成為人類社會面向未來100年的新型膠凝材料。

固廢基膠凝材料是替代選擇

針對目前的水泥生產技術，水泥產業的碳減排路徑任重道遠，目前的能效提升技術將單位熟料綜合能耗降到100kgce/tcl已是接近極限，而目前國內水泥窯燃料替代程度還十分有限，不足2%。

原料替代技術受固廢原料差異的影響，以及高硅酸三鈣熟料體系組成的限制，取代程度有限，只有電石渣取得了良好的成效，但電石渣每年產量只有約3000萬噸，鋼渣、鎂渣、磷渣等也被用于生料配料，代替石灰石和一部分鐵質校正原料。一方面，幾種廢渣受原礦資源所限、地域分布不均；另一方面，廢渣中氧化鎂含量以及重金屬含量需要嚴格控制，因此生料中的取代比例較低，僅可減少1%~2%的石灰石和4%~5%的煤耗。

據測算，目前的能效提升技術、燃料替代技術、原料替代技術、低碳水泥技術也只能將水泥熟料的單位生產能耗降低至約0.44tCO₂/t的水平。因此，水泥行業要實現碳中和的目標，還必須借助CCUS技術（碳捕集、利用和封存技術），這勢必進一步增加水泥的生產成本和消耗更多的能源資源。

因此，水泥行業要實現深度減碳和節能減排，必須從根本上作出變革。盡管目前還沒有非常成熟的膠凝材料體系能夠取代硅酸鹽水泥所占據的主導地位，但進一步深化免煅燒膠凝材料的研究和產業發展已經勢在必行，這不僅關乎水泥及建材行業自身的長遠發展，更關乎全球未來的可持續發展。

水泥行業不同于鋼鐵、電力等行業中的材料具有不可替代性，目前以固廢為主的低碳膠凝材料能夠滿足大部分的建材產品的制備要求。因此，以堿激發膠凝材料等固廢基膠凝材料取代硅酸鹽水泥完全具有可行性。

多方聯動推動節能降碳

從大宗固廢的發展格局看，利用粉煤灰、脫硫石膏、冶金渣、尾礦等大宗工業固體廢棄物制備固廢基膠凝材料、堿激發材料以及地聚物等，在工程混凝土及制品方面都有了很好的示范應用，技術從工藝設備、產品和標準方面不斷完善，將在道路工程材料、水利工程材料、生態修復工程、地下管廊工程、海綿城市建設工程、園區和企業基礎設施建設工程等領域率先得以廣泛應用。隨著技術成熟度的不斷加深，以固廢利用為主的低碳的膠凝材料及產品將成為市場主流，推動水泥及建材行業達成深度節能減碳目標。

目前，針對利廢產品的應用還缺乏有力政策支持，如產廢企業的以渣定產等政策尚未得到國家、地方管理部門和跨行業應用部門的有效充分支持。技術所處的發展階段、水平和適用性存在較大差別，技術與資源和區域市場適配性差、對從業人員的專業技術要求較高，系統的低碳水泥專業技術人員、產品銷售人員、工程設計人員較少等問題，固廢基低碳膠凝材料技術還未能打開市場。

重大技術突破和重要產業的緊密聯動是推動行業節能降耗的重要方式。堿激發膠凝材料等固廢低碳膠凝材料的突破，不僅將帶動上游固廢排放產業實現綠色轉型，緩解資源環境對經濟社會發展約束，還可帶動下游建材產品的低碳化創新和變革。

政府可以通過制定相關政策和法規，提供資金支持和優惠政策，推動技術研發和產業創新；企業可以積極投入研發，探索新的商業模式和市場機會；學術界可以進行前沿技術研究，為產業發展提供新的思路和方向。多方攜手共同推動固廢基膠凝材料在水泥行業節能減碳中發揮突出作用。