Модернизация производства цемента в Китае приводит к существенному улучшению экологии

Коммуникации Земля и окружающая среда, том 3, Номер статьи: 276 (2022) Цитировать эту статью

3196 Доступов

3 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

За последние десятилетия в Китае произошел строительный бум и, следовательно, огромное количество использования цемента. В то же время быстро совершенствуется технология производства цемента. Здесь, основываясь на данных национального и провинциального уровня, мы применяем регрессионные модели, оценку жизненного цикла и анализ сценариев, чтобы представить эволюцию и воздействие технологий производства цемента на окружающую среду в период с 1996 по 2021 год. Мы обнаружили, что новые вращающиеся печи с суспензионным подогревателем составляют примерно 99% производства цемента в Китае в 2021 году. Изменение климата и истощение запасов полезных ископаемых считаются ключевыми экологическими проблемами производства цемента, тогда как сокращение выбросов твердых частиц, по-видимому, является наиболее заметным преимуществом новой технологии. К 2021 году модернизация технологий привела к снижению загрязнения от производства цемента на 25–53%. Наши результаты могут помочь найти надежные пути к более устойчивой и экологически чистой цементной промышленности.

Во всем мире ~40% мирового конечного энергопотребления и выбросов парниковых газов, связанных с энергетикой и технологическими процессами, вызваны зданиями и строительной деятельностью, в которой цемент является важным ингредиентом1,2. В условиях быстрого роста урбанизации и модернизации потребление и производство цемента в строительстве зданий значительно возросло. С 1985 года Китай стал крупнейшим производителем цемента и за 3 года (т.е. с 2010 по 2012 год) потребил больше цемента, чем США потребили за весь 20-й век3,4. В 2018 году производство цемента в Китае составило ~56% мирового производства цемента5.

Благодаря быстрому развитию технологий производства цемента (CMT), в последние десятилетия в Китае использовались три основные цементные печи6, в том числе шахтные печи, другие вращающиеся печи (например, вращающиеся печи мокрого процесса, сухие пустотелые печи, печи с вертикальным подогревателем7) и новые суспензионные подогреватели (НСП) вращающихся печей. До 2000 года шахтные печи были доминирующим видом СМТ из-за высокой стоимости импортного оборудования (например, вращающихся печей NSP)8. Рыночная доля вращающихся печей NSP, самой передовой технологии с крупномасштабными производственными мощностями и стабильным качеством продукции9, в этот период была очень ограниченной и намного меньше доли рынка шахтных печей6,10. Однако в условиях бурного экономического роста вращающиеся печи NSP начали набирать популярность на рынке производства цемента после 2000 года и стали доминировать после 2010 года11,12.

Этот огромный объем производства и потребления цемента в Китае сопровождался значительными воздействиями на окружающую среду, такими как выбросы углекислого газа (CO2)13, оксида азота (NOx)9,14 и тяжелых металлов15,16. Процесс производства цемента в основном состоит из четырех этапов: добыча ресурсов, подготовка сырья, обжиг клинкера, помол цемента17,18 и сжигание ископаемого топлива19. Эти этапы производства не только истощают энергию и природные ресурсы, но также выбрасывают пыль, шум и загрязняющие вещества в окружающую среду, нанося серьезный ущерб окружающей среде и здоровью людей20,21. Хотя в различных исследованиях анализировалось экологическое бремя производства цемента, остаются некоторые ограничения. Во-первых, путь трансформации ШМТ и соответствующее изменение воздействия на окружающую среду в Китае не выявлены22,23,24,25. Во-вторых, недавние исследования показали, что помимо изменения климата (CC), производство цемента имеет и другие серьезные последствия, такие как истощение ископаемых (FD) и фотохимическое образование озона (POF)26,27,28,29. Необходим более комплексный анализ для определения ключевых воздействий на окружающую среду для дальнейших действий по смягчению последствий. В-третьих, между провинциями существуют различия в распространении ШМТ3, тогда как ограниченное число ученых изучали эволюцию ШМТ или оценивали воздействие производства цемента на окружающую среду в Китае на уровне провинций30, и такие исследования необходимы для выявления местных последствий, особенно загрязняющих веществ в почве и воде (например, подкисление суши и наземная экотоксичность). Наконец, центральное правительство Китая приняло множество мер для продвижения устойчивой и скоординированной цементной промышленности31, но общие экологические достижения за последние десятилетия никогда не оценивались и не определялись количественно.