水泥是全球用量最高、用途最广的建筑材料之一，同时水泥生产也是人为活动碳排放的重要来源。水泥材料中的碱性化合物能缓慢吸收周围环境中的CO2发生碳化反应，具有碳汇功能。我国是水泥生产与消费大国，科学系统核算我国水泥碳汇量并明确其对我国碳中和目标的贡献值得深入探讨。
该研究通过构建的水泥全生命周期碳汇核算综合分析模型，研究发现1930~2021年我国水泥碳汇量不断增长，到2021年，高达426.77Mt CO2 /年(95%置信区间CI：317.67~874.33 Mt CO2/年)，相当于中国年陆地碳汇的8.10~45.40%，全球陆地碳汇的2.51~4.54%，是全球碳循环中不可忽视的重要因素。在此期间，水泥的累积碳吸收量约为7.06Gt CO2 (95% CI：5.22~9.44Gt CO2)，抵消了同期水泥工业过程排放 (13.91Gt CO2，95% CI：12.44~17.00 Gt CO2)的50.7%。其中，水泥砂浆对碳吸收贡献最大，占总量的65.64%。从生命周期的角度看，使用阶段的水泥材料碳吸收量占比最高(90.03%)。
图1 水泥工业过程碳排放与碳吸收
图2 水泥不同生命周期阶段碳吸收
图3 不同水泥材料碳汇量
尽管《IPCC国家温室气体清单指南》提供了量化水泥生产过程中CO2排放量的方法，但该指南并未将水泥材料的碳吸收纳入核算体系。作者建议我国应在研究和制定水泥碳排放方法学方面发挥更积极的作用，将水泥碳吸收纳入《国家温室气体清单指南》碳排放核算体系，以弥补由于缺乏水泥碳吸收的量化而导致的方法学缺陷。同时，应加强气候变化领域的国际合作，争取我国水泥碳吸收量获得国际社会认可，抵消我国碳排放总量，进而增强我国在国际气候变化谈判中的话语权和影响力。
图4 1930~2021年中国水泥碳吸收特征图(不同颜色代表不同年份产生的水泥碳吸收随时间的变化)
水泥行业科学准确的碳排放与碳汇数据，可以帮助企业确定其碳中和目标，支撑相应的降碳计划制定，推动整个行业提早实现碳中和目标。我国是全球水泥生产大国，每年水泥生产量站全球的一半以上。研究发现我国水泥工业过程碳排放约占全国碳排放总量的7%。在实现碳中和目标的进程中，水泥行业是未来实现全社会脱碳的关键领域，也是最有可能实现净零排放的行业。基于科学准确的水泥碳数据，水泥行业可从技术和政策两个方面助力碳中和目标早日实现。在技术上，碳达峰以前，可以从推广低碳生产技术、使用替代性原料(如利用矿渣水泥、粉煤灰水泥等新型材料减少水泥原料的开采进而降低水泥生产间接碳排放)、推广使用替代性燃料、强化能源管理等对水泥行业进行节能减排。在实现碳中和目标的进程中，在大规模应用节能减排技术的基础上，推广具有突破性的碳捕集封存技术(CCS)，来进一步突破碳减排技术瓶颈，推广创新技术实现净零排放。预计水泥行业实现碳中和目标路径上，CCS在水泥行业的渗透率将达到68~75%。在政策上，我国可以加大对水泥行业和节能降碳技术创新和研发的支持力度，促进产业间技术创新和知识共享，推动产业链的协同发展和可持续增长；通过税收优惠、贷款、补贴等方式提供资金支持；建立碳信用评级体系，评估水泥企业的碳排放和碳吸收能力，对企业进行排名和评级，激励企业采取更多的碳中和措施；将水泥碳汇引入碳交易体系，鼓励企业减少碳排放，从而促进水泥行业碳减排；制定产业链耦合政策，促进水泥行业与其他相关产业间的协同减碳，实现互利共赢。
研究成果以“水泥碳汇核算及其对中国碳中和的贡献”及“Carbon uptake by cement in China: Estimation and contribution to carbon neutrality goals.”为题发表于《中国科学·地球科学》（Science China Earth Sciences，中科院2区，影响因子5.7）中英版杂志上。我所马铭婧博士研究生为第一作者，郗凤明研究员为通讯作者。本研究得到了中国科学院青年创新促进会项目(Y202050、2020201)、国家自然科学基金项目(71874097、41921005、41977290)、北京市自然科学基金项目(JQ19032)、辽宁兴辽人才项目(XLYC1907148)和中国科学院应用生态研究所重大项目(IAEMP202201)资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1360/SSTe-2023-0062（中文）
https://doi.org/10.1007/s11430-023-1276-6（英文）
