生物质如何进入“难减排行业”？——从水泥、石灰、镁质材料到钢铁与化工的工程化路线图

本文来自“Biomass in hard-to-abate industries: an overview of status quo and expectations”，Lignofuels 2024生物质能论坛中的分享

为什么今天必须把“难减排行业”单拎出来谈？

在过去十年里，工业领域的减排讨论常常被“电气化”与“绿氢”主导。但当你真正走进高温工业现场——水泥窑、石灰窑、镁质材料回转窑、钢铁冶金系统、化工园区锅炉蒸汽岛——会发现一个现实：不是所有能量都能被一根电缆替代，也不是所有碳都能被一罐氢气替代。

所谓“难减排行业（hard-to-abate）”，通常具备几个共同特征：

• 温度高、热负荷大、连续运行：工艺窗口苛刻，停机代价巨大；
• 不仅需要热，还需要“碳的化学功能”：尤其冶金，碳既是能源也是还原剂/结构支撑；
• 过程排放占比高：即使能源端全绿，也还剩大量工艺过程CO₂；
• 工厂位置约束强：场地、仓储、物流半径、原料可得性、排放许可与监测体系等，决定了“能不能用、能用多少”。

也正是在这些约束条件下，生物质/生物能源开始以一种更务实的方式被重新评估：它并非“万能钥匙”，但在不少场景里，它是成熟度更高、成本更可控、且可与CCUS/负排放路径耦合的关键选项之一。

欧洲的经验分享和案例呈现的价值在哪里？

这份材料来自 Bioenergy Europe（欧洲生物能源协会）在 Lignofuels 2024 的演讲，核心目的不是做宏观宣言，而是回答一个更工程的问题：

生物质要进入难减排行业，当前做到哪一步了？未来期望是什么？“落地卡点”又在哪里？

它给出的信息非常“工程化”，包括：

• 不同行业的温度等级、热耗水平、现有替代燃料现状；
• 生物质进入工业系统时更现实的“燃料形态”——中间生物能源载体（IBC）；
• 影响产业化的关键变量：政策、碳价与燃料价关系、站点条件、物流与供应链、工艺相容性。

生物质进入“难减排行业”：总体进展和未来期待

这一页主要说明：演讲主题是“生物质在难减排行业中的现状与预期”，并且材料与欧盟H2020项目（RE4Industry）有关。对我们写公众号而言，这意味着它的内容更偏“真实场景与工程路线”，适合作为国内读者理解欧洲工业脱碳组合拳的一扇窗口。

欧洲生物能源协会是谁？为什么它的判断值得参考？

Bioenergy Europe 自1990年以来长期代表欧洲生物能源行业声音，联合了40多个国家协会与大量企业，工作重心包括：

• 政策跟踪与影响：尤其是可再生能源、碳市场、工业排放、可持续与溯源体系；
• 市场数据与行业可见度：用数据去和政策/公众对话；
• 质量与可持续认证体系：这决定了燃料是否“能被下游采购并用于碳核算”。

对难减排行业来说，“能不能用生物质”的关键不只在炉子能不能烧，而在燃料是否能做到：稳定、标准化、可追溯、可核算、可长期供应。这正是协会体系最擅长推动的方向。

从工作组地图看：难减排行业用生物质，是系统工程

协会的工作组主题包括：木材供应、颗粒燃料、农业生物质、可持续、竞争力、碳移除（BECCS/生物炭）、传播沟通等。

这张“工作组地图”给了我们一个特别重要的提示：

难减排行业用生物质，从来不是单点技术问题，而是“燃料—供应链—合规—经济性—社会沟通”的整套系统问题。

政策决定边界：欧洲生物质为什么“看起来更复杂”？

一长串欧盟政策文件：可再生能源指令（RED II/III）、EU ETS碳交易、工业排放指令（IED）、零毁林法规（EUDR）、土地利用与林业（LULUCF）、可持续金融分类法（Taxonomy）等。

你可以把它理解为：欧洲用生物质，不是“有没有资源”那么简单，而是要在政策框架里回答三类问题：

1. 可持续与溯源：原料是否合法？是否引发土地利用/森林破坏争议？碳核算边界怎么定？
2. 排放许可与合规：燃烧/协同处置产生的污染物，是否满足许可与监测要求？
3. 经济性框架：碳价、税费、补贴与产业政策，决定生物质替代的速度与优先级。

对国内读者的启示是：如果我们希望生物质进入工业深水区，就必须同步推进标准、认证、检测、核算——否则只能停留在“示范”。

进入难减排行业的关键抓手：中间生物能源载体（IBC）

介绍中提到两个欧盟H2020项目：RE4Industry 与 MUSIC，强调一个核心概念：IBC（Intermediate Bioenergy Carriers，中间生物能源载体），包括：

• 烘焙/热处理生物质（torrefied biomass）：更像煤，能量密度更高、耐储运性更好；
• 快速热解生物油（fast pyrolysis bio-oil）：更像重油/燃料油，适合锅炉或窑炉改造；
• 微生物油（microbial oil）：更偏“分子燃料/化工原料”路线。

IBC的本质是：把“松散、波动大、难储运”的原始生物质，升级成更接近工业系统所需形态的能源载体，从而降低工业用户端改造成本与运行风险。

一句话总结：

工业需要的不是“生物质”，而是“能被工业稳定使用的燃料产品”。IBC就是把生物质做成燃料产品的方法论。

现状：生物质在传统工业里很成熟，但在能源密集型工业仍有限

文章引用 Bioenergy Europe 的供热统计报告，提出一个对比：

• 生物质在木材加工、食品加工等行业非常成熟；
• 但在水泥、石灰、钢铁等能源密集型工业（EII）里，整体应用仍然有限。

原因也很直白：EII 的门槛是“温度+连续性+供应链+合规核算”的叠加。

行业逐个拆解：生物质在难减排行业“怎么用、卡在哪、往哪走”

下面进入介绍最核心的部分：按行业给出关键数据与趋势判断。

水泥行业：替代燃料优等生，但高替代率需要更“燃料产品化”

介绍给出水泥熟料的关键数据：

• 平均热耗：3,733 MJ/吨熟料
• 最高温度可达：1,450°C
• 2022年欧盟水泥产量：1.83亿吨，熟料占73.7%
• 部分水泥厂替代燃料热替代率可接近 100%
• 常用低价值/负价值生物质类原料：动物骨粉、污泥、废木料/园林绿废等
• 行业预测（2018→2030→2050）：
• 替代燃料总占比：48% → 60% → 90%
• 生物质废弃燃料：17% → 30% → >50%

工程化解读：水泥行业之所以能成为替代燃料“优等生”，与其窑系统的包容性、以及协同处置形成的“废弃物处理+能源替代”的双收益有关。但当替代率越高，水泥窑越会从“能烧就行”走向“必须可控”：

• 氯、碱金属、灰分带来结皮结圈、旁路放散与熟料质量波动；
• 燃烧系统（主燃烧器/分解炉）与控制策略需要升级；
• 供应链稳定性与燃料质量一致性变得更重要。

文章中还提到：截至2022年初，已有约1,500万吨水泥产能宣布配置CCUS。对我们理解趋势很关键——当CCUS上场后，系统对燃料波动更敏感，高质量燃料的价值会被放大。换句话说：未来水泥行业里，“低价值废弃物燃料”仍重要，但“标准化、高品质、可核算的生物质燃料产品”会更有市场空间。

石灰行业：温度不算最高，真正难在“分散与物流”

文章中给出石灰行业关键数据：

• 平均热耗：4,250 MJ/吨生石灰
• 温度等级：900–1,200°C
• 欧盟产量：2,200万吨（2021）
• 2012年生物质燃料占比约 2%（少数先锋工厂更高）
• 欧盟石灰窑超过 470座，多数为中小企业 → 物流与供应链挑战突出
• 业内判断：燃料切换是脱碳关键之一，未来生物质可能约占燃料结构的 1/3，需求约 200万吨/年

工程化解读：石灰行业的“难”，不是温度，而是分散度：窑多、企业小、采购能力弱、燃料标准化不足。这类行业要推进生物质化，更需要“系统产品化”的打法：

• 区域燃料集散与检测体系（含水分、粒度、灰分、氯/碱金属等关键指标）；
• 稳定合同与交付服务；
• 窑炉端低成本改造包（上料、计量、燃烧控制、除尘/脱硝适配）。

市场已经出现了这样的趋势：

石灰行业不是“找燃料”，而是“把燃料供应链做成服务”。

镁质材料（DBM）：2,000°C门槛下，燃料一致性比热值更重要

文章给出镁质材料行业（尤其重烧氧化镁DBM）的关键点：

• 煅烧产品热耗最高可达：10,250 MJ/吨
• DBM生产温度可达：约2,000°C
• 欧盟产能集中在少数工厂（奥地利、希腊、西班牙、斯洛伐克）
• 2016年前行业几乎未报告生物质使用，但此后出现至少一个重要项目
• 行业路线图目标：生物质使用占比 10–30%

工程化解读：2,000°C意味着“能燃烧”远不够，必须满足：

• 热输入稳定、火焰形态可控；
• 灰分行为可预期，不引发严重结圈/侵蚀/产品质量波动；
• 燃料物性一致性高（粒度、密度、挥发分、反应性）。

这也是为什么在超高温材料行业里，更可能优先考虑生物炭/热处理生物质（IBC），或者先在低温段/预热段逐步替代，而非一步到位。

钢铁与冶金：生物质不仅是燃料，更是“碳的化学功能替代”

这是报告里最“硬核”的一页，因为它点出钢铁行业的本质：钢铁减排难，不只是温度高，而是碳在工艺里有不可替代的化学功能。

关键数据与判断：

• 2021年欧盟钢铁行业使用约 5,800万吨化石碳（既作还原剂，也作热源）
• 高炉（BF）路径化石碳使用高于直接还原铁（DRI）
• 以热处理生物质替代化石碳正在研究与试点
• 木炭替代焦炭：理论上可达100%，但受机械强度影响，更多适用于较小炉型
• 生物炭或烘焙生物质替代煤粉喷吹（PCI）：在一定比例内更易实现
• 2050潜在需求：1,000–1,700万吨“生物煤”（biocoal）→ 对应约 6,000–9,000万吨生物质
• 其他冶金行业（如锰合金）也在探索热处理生物质替代化石碳

工程化解读：钢铁/冶金的生物质化，不能只看“热值”，必须看“碳功能”：

• 反应性（参与还原的动力学）；
• 机械强度（炉料骨架与透气性，尤其焦炭角色）；
• 粒度与可磨性（喷吹系统的稳定性）；
• 灰分、灰熔点以及碱金属/硫/磷等杂质（决定炉况与产品质量风险）。

因此，强调“热处理生物质”（生物炭、烘焙生物质）非常合理：它们更接近煤焦体系，是典型IBC路线。

化工行业：先从“蒸汽系统低垂果实”切入，再谈生物基原料平台

报告对化工行业给出两条路径：

• 能源侧（蒸汽）：用生物质替代用于蒸汽生产的化石燃料，可能是化工减排的“低垂果实”；
• 产品侧（可再生化学品）：以木材为原料建设生物精炼厂，生产可再生中间生化品，进入清洁剂、除冰液、香精香料、化妆品等产业链。

工程化解读：化工行业很适合“先易后难”的策略：

1. 先改蒸汽岛（锅炉/热媒系统），用更成熟、风险更低的方式快速减排；
2. 再逐步引入生物基原料平台（重资产、长周期、强市场属性），把“燃料替代”升级为“原料替代”。

对国内化工园区而言，如果要落地生物质，建议优先从“蒸汽系统+集中供热”切入，这条路通常更快见效。

总结：生物质在EII里会怎么走？

报告的结论可以用四句话概括：

1. 多种情景预测：到2050年，生物质/生物能源在难减排行业中的作用会上升；
2. 生物质不是唯一选项：电气化、绿氢、CCS也会共同构成组合方案；
3. 当下生物质在EII里总体仍有限，但成熟度与成本效益领先；长期会优先进入它最有竞争优势的场景；
4. 前景取决于：政策（可持续与碳移除）、市场（化石燃料与碳价 vs 生物质价格）、站点条件（场地/资源/物流/采购）、工艺相容性（化学作用与温度等级）等。

把“结论”变成“有价值的实践”

如果你是工业企业、园区、工程公司或燃料供应商，真正需要的是一个能落到项目筛选的框架。建议用这“四问”快速判断一个工厂是否适合推进生物质替代：

1）你需要的是“热”，还是需要“碳功能”？

• 水泥/石灰/部分化工：更多是热（但也要关注灰分与杂质）；
• 钢铁/冶金：热 + 还原性碳源（碳功能是硬约束）。

2）温度等级与工艺窗口是什么？

• 900–1200°C（石灰）与1450°C（水泥）已经有大量替代经验；
• 2000°C（DBM）对燃料一致性要求陡增；
• 冶金系统还要叠加“炉况与料柱结构”约束。

3）燃料形态选什么？原始生物质还是IBC？

• 原始生物质适合部分协同处置/锅炉；
• IBC（蒸汽爆破、烘焙、生物炭、热解油等）更适合难减排行业的深水区。

4）供应链与合规能否长期支撑？

• 是否能标准化检测（粒度、水分、灰分、氯、碱金属、硫磷等）？
• 是否可追溯、可核算、可签长期合同？
• 物流半径与仓储条件是否允许连续供给？

结尾：生物质进入难减排行业，不是“有没有可能”，而是“怎么把系统做对”

这份来自欧洲协会的材料，最重要的启发并不是某个单一技术路线，而是一种更现实的判断：在难减排行业，生物质/生物能源的竞争力来自成熟度与系统可实施性；它会与电气化、绿氢、CCS共同构成脱碳组合拳。

从“能烧”到“能长期稳定、可核算地烧”，差的不是一台炉子，而是一整套燃料载体升级、供应链产品化与站点工程适配的系统能力。难减排行业缺的往往不是资源，而是能被工业系统稳定使用的燃料形态。把生物质升级为更像煤/油的载体，才更容易规模化。