北科蕴宏:低碳胶凝材料——多固废利用，促进建材碳减排

“双碳”目标提出后，高碳建材领域特别是水泥行业的碳减排“压力山大”。

水泥行业，因占到我国碳排放总量14%左右，被视为“碳排放大户”，其碳减排事关全局。根据《2030年前碳达峰行动方案》的要求，到2050年，中国水泥工业至少需要减少70%的碳排放。但限于目前水泥产品相关减碳技术成熟度较低、成本高，减排量有限等难题，市场呼唤针对水泥等高碳建材的碳减排“解决之道”。

北科蕴宏环保科技（北京）有限公司，是一家以新型低碳胶凝材料生产为核心，并为多源大宗工业固废、危废处置提供综合服务的新材料公司，致力成为全球低碳新材料行业的领军者。其自主研发生产的新型低碳胶凝材料拥有丰富的应用场景和完整的产品体系，并以工艺简化和更短的生产流程大幅降低碳排放与产品成本。该新型胶凝材料本身低碳排放的属性，为相关应用场景提供了行之有效的低碳解决方案，从而从根本上解决传统水泥行业碳减排难度大的问题。

最近，北科蕴宏总经理张静文接受媒体采访，解惑高碳建材行业碳减排的一些思路：

问：可作为普通硅酸盐水泥来使用的新型胶凝材料的原理与优势是什么？

张静文：新型低碳胶凝材料，也叫固废基胶凝材料、全固废免烧胶凝材料等，是在“复盐效应“和“硅的四配位同构化效应”两个理论的支撑下诞生的新型水硬性胶凝材料。其诞生的初期主要是为生产“全固废高性能混凝土”服务的。各类固废原料在机械力学的作用下，使其平均粒径达到3微米以下，致使原料物质表面发生晶格畸变，各物质协同激发其化学活性，以生产全固废低碳胶凝材料。所有原材料来源于各种工业固废，不使用任何苛性碱作为外加剂。

在强度、耐久性能方面，全固废低碳胶凝材料与传统水泥一致，可以制备成从C15-C100各种等级的混凝土，用于修建房屋、公路、跨海大桥、隧道等。且它反应势能比较低，水化热比较低，适合大体积混凝土应用，可防止因水泥的水化热比较高，导致大体积混凝土开裂的情况。它的耐酸碱腐蚀性、耐化学腐蚀性比较强，特别适合用作海工混凝土，并且在水利工程的复杂浮力条件下也可以适用。此外，它对于重金属的固化能力比较强，可以作为重金属固化剂，协同处置生活垃圾焚烧飞灰、危险废弃物等。

相比一般胶凝材料，全固废低碳胶凝材料的优势还在于生产成本比传统水泥低30-50%；生产流程比较短、碳排放比较低，相比水泥减排二氧化碳90%以上，能耗相比水泥降低75%以上。

问：在碳减排方面，全固废低碳胶凝材料所发挥作用是怎样的？

张静文：传统水泥“两磨一烧”的生产工艺决定了碳排放量过高，行业普遍认为，每生产一吨水泥大约需要排放713公斤二氧化碳。

全固废低碳胶凝材料生产过程不需要两磨一烧，只需一次加工。根据国检集团给全固废低碳胶凝材料所作的全生命周期碳排放报告，一吨产品的碳排放仅为75公斤，即对比水泥可实现约90%的碳减排。而且生产过程所需能耗也很低，一吨水泥的能耗为90-110公斤标煤，一吨全固废低碳胶凝材料仅为16-18公斤标煤，降低约75%以上。

另外，一个年产50万吨低碳胶凝材料项目，到少能形成25万吨碳资产，也有望能参与碳交易并获得的碳资产收益。如果我们的技术能在全国范围内推广应用，可以助力建材全产业链每年减排10亿吨二氧化碳，相当于一半可再生新能源的减碳量。

问：北科蕴宏是如何发现全部以工业固废为原料制备低碳胶凝材料的？

张静文：全固废低碳胶凝材料的发展历程，可追溯到上世纪80年代。

北科蕴宏首席科学家、北京科技大学终身教授倪文从国外引进“碱激发地质聚合物技术”理论，将英文单词geopolymer翻译为“地质聚合物”，并在国内发表第一篇相关论文，可称为我国地质聚合物的“第一人”。

国内第一代地质聚合物不能与水泥共同使用，激发剂与外加剂不能融合，这就导致了规模化应用方面存在缺陷。第二代的少熟料固废基胶凝材料，利用固态的水泥熟料作为激发剂，不具有独立的胶凝性能，需要跟水泥一起使用，不能完全替代水泥。

2011年之后，我们开始研究第三代产品，即全固废低碳胶凝材料，与需要碱激发的地质聚合物相比，生产工艺更为简单可控，生产质量更为稳定，其水化后的物相组成，以及性能和使用方法都与普通硅酸盐水泥最为接近。

问：北科蕴宏如何看待全固废低碳胶凝材料的行业前景？

张静文：党的二十大报告特别提出“积极稳妥推进碳达峰碳中和”。2023年7月，中央全面深化改革委员会第二次会议再一次强调：推动能耗双控逐步转向碳排放双控。国家发展改革委修订并发布了《产业结构调整指导目录（2023年本，征求意见稿）》，低碳胶凝材料被新增列入鼓励类项目。同时“固废基胶凝材料制备新型低碳绿色建材技术”已列入工信部《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录》，正在全国范围内推广应用。这充分说明“低碳（全固废）胶凝材料”及“低碳（全固废）混凝土”将在国家“双碳”推动的历史性进程中成为建材行业碳减排的一个重要引擎和推手，承载着我国建设低碳产业经济体系的重要历史使命。

从产品质量方面讲，全固废低碳胶凝材料产品性能与传统水泥基本一致，可以在0-100%范围内任意比例进行替代。从市场价格方面讲，全固废低碳胶凝材料的售价比水泥低，总体优势明显。从市场空间角度讲，能够用于全固废胶凝材料生产的各类冶金废渣，每年的产生量大约在8.3亿吨左右，可以生产10-12亿吨全固废的胶凝材料。我国目前水泥销量约是每年22-23亿吨，具有40%的替代空间。如果再加上矿山回填、其他预制件等应用场景和领域，市场空间至少再翻一倍。

我们最大的优势是给上、下游合作伙伴都带来了价值。对上游来讲，我们帮钢铁厂解决了钢渣、脱硫灰等处置问题，降低处置费用，产生正向收益；对于下游来讲，提高原材料性能，降低使用成本，同时有利于整个行业的碳减排。

问：目前北科蕴宏的全固废低碳胶凝材料的生产情况如何？

张静文：公司现有四条生产线，分别为山西怀仁、长治、太原，以及河北霸州。第一条生产线位于山西怀仁，于2021年建成并投产，年产能为50万吨，长治年产能为120万吨，河北霸州的年产能为90万吨。另外在宁夏、辽宁、湖北、重庆等地也有技术合作的生产基地。

我们在各个区域也会根据当地的固废情况，形成定制化的区域性解决方案。例如，在山西处理煤矸石，在辽宁鞍山处理当地的铁尾矿，在宁夏石嘴山处理硅锰合金渣，在江西宜春处理碳酸锂的锂渣等。北科蕴宏不仅能有针对性地解决当地固废尾渣等的处置问题，还能提供固废产品的循环再利用价值，协助当地政府以及相关企业，在本地形成完整的商业生态闭环。

问：当初，北科蕴宏选择全固废低碳胶凝材料作为创业方向的原因是什么？

张静文：公司创始团队核心成员都是研发出身，研究方向就是全固废低碳胶凝材料以及相关产业化。全固废低碳胶凝材料在诞生之初主要应用于C60、C80、C100等高性能混凝土，在目前的应用场景下，包括在商砼中的应用，都是属于很成熟、很基础的降维应用。

在创业之初，北科蕴宏主要是利用全固废低碳胶凝材料协同处置生活垃圾焚烧飞灰，并用于矿山充填，有效解决垃圾焚烧飞灰中重金属污染的问题。“双碳”政策出台后，北科蕴宏主要发挥全固废胶凝新材料在矿山充填及基础建设领域的作用与价值，推动相关普及与产业化。同时，北科蕴宏还在积极推广全固废胶凝材料在各类低碳特种功能材料方面的应用，如固废基无机加固材料、无机高强注浆材料、无水泥基坑防渗材料、软土固化剂等。

“一体两翼，多点支撑”是北科蕴宏对公司发展模式的总结。“一体”代表北科蕴宏的核心材料体系——全固废胶凝材料体系；“两翼”分别是指一般工业固废和重金属危废的无害化和资源化利用；“多点支撑”是指固废基胶凝材料在多领域的实际应用及多种产品应用场景。“蕴聚八方资源，宏溥绿水青山”是北科蕴宏对未来发展的愿景，公司将努力依托科技创新，成就世界一流企业，助力零碳社会建设。