01、陶瓷行业能耗现状
从木材到煤炭，从重油到轻柴油，从煤制气到天然气。过往100年，我国陶瓷行业的能源结构至少经历了六次迭代。如今，天然气已成为我国陶瓷行业的主要能源。
一方面，陶瓷作为高能耗产业，能源成本对企业经营起到决定性作用，过去几年，天然气、煤炭成本不断攀升，对陶瓷企业的正常经营造成一定冲击，2022年全国1000多家建筑陶瓷生产企业中，已有近60%的厂家使用天然气，其影响程度不言而喻。
另一方面，陶瓷行业年平均排放二氧化碳1.4亿-2亿吨，占全国总排放量的1.5%—2%左右，其中，建筑陶瓷碳排放量占全行业近96%，每年消耗能源4000万-6000万吨标准煤。与此同时，受能耗双控及电煤供应紧张等影响，2021年全国超20省份实施限电措施，数百家陶瓷厂遭受直接停产、减产。
02、国家政策支持引导
这几年来，在“3060双碳战略”的指导下，国家发改委、工信部、生态环境部、国家环境部、国家能源局联合发布文件，出台节能降碳政策，支持鼓励建筑陶瓷利用自有设施、场地实施分布式光伏发电进行“电能替代”和鼓励氢能等新型能源。
2021年12月，国家工信部、科技部、自然资源部联合印发的《“十四五”原材料工业发展规划》提出，组织研发富氢碳循环高炉、氢能窑炉、氢基直接还原等技术，实施氢冶金、非高炉炼铁等低碳冶炼试点项目，明确了氢在工业减排中的重要作用。
2023年4月，中国轻工业联合会印发《轻工业重点领域碳达峰实施方案》，鼓励局部有条件的地区使用氢能，加大氢能在陶瓷等领域的研发应用力度。在陶瓷行业的窑炉烧成方面，研发电力烧成或气电混合、氢气混合燃烧等新型燃烧技术。
同样是在2023年4月，广东省发改委、生态环境厅、工信厅等十部门联合印发《广东省全面推行清洁生产实施方案（2023-2025年）》，方案指出，要合理控制化石能源消费，加大清洁能源推广应用，提高工业领域非化石能源利用比重。加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢能多元利用。拓宽电能替代领域，在钢铁、石化、玻璃、陶瓷等重点行业推广电弧炉、电锅炉、电窑炉、电加热等技术。
03、陶瓷行业用氢案例
陶瓷行业已有运输环节应用氢能的案例。2021年，蒙娜丽莎在其陶瓷工厂率先引入了氢能叉车。据了解，当前在北美使用的氢能叉车已超过4万台，国内在东北和上海也有氢能叉车示范点。
德力泰携手欧神诺陶瓷、仙湖实验室开发出“氨氢融合零碳燃烧技术”，并于2022年生产出全球首片“零碳烧制瓷砖”，填补了国内和国际空白。
Sacmi已开发出天然气-氢气混合燃料窑炉，氢气的体积占比最高可达到50%。
SITI B&T在完成了所有生产的窑炉可使用氢气后，于2021年启动了以传统燃料和氢能作为混合燃料的窑炉开发计划，其中，零碳排放的窑炉设备预计在2024年问世。
Carfer Forni公司也公布了其在氢能利用方面的两大目标：首先，升级传统燃烧器，使其能够兼容氢能（氢气体积含量为40-50%）混合燃料；然后，开发能够用空气或氧气作为燃烧剂处理纯氢的新装置。
04、专家解读氢能窑炉的应用
萨克米窑炉部技术经理Adil Abdelkhalki表示，当前全世界面临的最大挑战之一就是减少二氧化碳排放，陶瓷生产也涉及其中。例如生产一平方米10毫米厚的600×600mm瓷砖，就会释放约7.1公斤二氧化碳，这些碳排放主要来自原料制备、成型、干燥、烧成这四个环节，其中仅烧成环节就独占约36-37%。
目前，萨克米在窑炉减碳方面有两条研究路径。第一条是使用可再生能源的电力代替天然气，研究使用电加热替换天然气烧嘴的可能性；第二条则是使用氢气代替天然气，因为氢气燃烧不会产生二氧化碳，而且氢气与甲烷气体高度兼容。
此外，如何有效利用陶瓷工厂内部的热量也是一个关键的竞争力因素，其中主要是窑炉的烟气和余热，可为干燥窑、喷雾塔等重要生产环节提供热量，从而减少甚至完全抵消热量消耗，改善工厂的能源平衡。
关于未来陶瓷工厂的低碳排放，萨克米提出了新的解决方案：
1、在喷雾干燥和球磨环节，使用氢气和窑炉余热回收系统，将使得电力消耗减少15%，二氧化碳排放降低近50%；
2、在压制成型环节，得益于CONTINUA+开创性的技术，碳减排80%；
3、在干燥环节，通过利用窑炉余热，减少80-90%的消耗；
4、在烧成环节，使用含氢高达50%的混合气，减少33%的二氧化碳排放。
因此，萨克米未来的创新陶瓷生产线，将使得二氧化碳排放量从目前的7.1千克/平方米减少到3.8千克/平方米，降幅达46.48%。
广东中鹏热能科技省级企业技术中心主任赖日东表示，在能源供求局势紧张的局面下，政府对陶瓷行业给予不断转型升级的期盼和压力，促使众多企业寻求新的节能发展方式。
陶瓷行业减碳的源头在排烟，窑炉根据产量尾气排放量从几万方到十几万立方不等，其中碳含量的体积占到5-10%。工业制氢减碳一度成为研究热门，氢能在陶瓷行业的作用体现在三个方面：主要作用为减少二氧化碳排放，实现双碳目标；其次为改善燃烧，减少废气排放；终极目标为陶瓷行业的可持续性探索。
中鹏在对掺氢天然气等效烟气量含量变化的研究中发现：掺氢越多，燃烧烟气下降越多，以10000㎡抛光砖为例，等效50%掺氢气，烟气排放节能可占总能耗的5%。
但氢能在陶瓷行业的应用中也遇到了不少挑战——氢能经济性、安全性、稳定性亟待解决以及氢能对窑炉的适配性也是值得关注的问题。目前行业内也不具备大面积用绿氢的条件。
在未来20年，以天然气为代表的化石能源仍然是主要能源，但会呈现多能源并存的局面。
05、绿电绿氢推广的阻力
电窑炉的推广阻力是什么？一是对于当前业内普遍的宽体窑炉来说，电窑炉还需要进一步解决水平温差、截面温差、装机容量大、硅碳棒长度不够等结构性难点；二是电窑炉的成本较高。
氢能窑炉的巨大成本也是当前的阻力之一，相比于以天然气为代表的化石能源，掺氢燃烧成本较高。
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