文章來源:助推低碳經濟的石膏產業 馮菊蓮陳紅霞 北新集團建材股份有限公司技術中心,北京,100096
前言
在當今世界如何實現能源與環境的可持續發展已成為熱門話題。各國都在制定今后20年的經濟發展規劃,選擇可持續發展的機遇和方案。中國作為最大的發展中國家,隨著經濟增長和城市化的進程,能源的需求逐年增長、溫室氣體的排放不斷地增多、水和耕地等各種資源越來越惡化,更迫切需要尋找可持續發展的方向和具體措施。有關專家根據中國以往工業化發展速度和城市化進程,并考慮到中國政府在能源節約和溫室氣體排放的目標,提出了與中國國情相適宜的可持續發展的涵蓋內容:加強能源安全;減少溫室氣體(GHG)排放;遏制環境污染;保護陸地生態系統。這四項內容的實現最終還是為了推動國家經濟快速發展,改善人們的生活質量,并與大自然更和諧。
石膏產業在建材行業內雖是個較小的分支,但它與人們的生活息息相關。它顯著的綠色建材特征,將會給未來的綠色建筑帶來福音,能極大地推動建筑業走向綠色革命之路。下面就石膏的綠色特征、節能減排以及可持續發展的機遇和條件作簡單論述。
中國的能效水平及溫室氣體排放現狀和目標
在講石膏行業可持續發展之前,先給大家提供一些有關專家測算的數據,僅供參考。
1.1中國與各國排放比較
中國人口占世界總人口的1/5,其能耗及溫室氣體排放量已取代美國成為世界第一。如圖1和圖2所示。
1.2 2005年和2030年中國各行業的基準情景排放量
表1所示的是2005年和2030年中國各大行業的基準情景排放量的情況。從表1的測算可知,隨著中國經濟的發展,到2030年中國溫室氣體排放量總體將達到150億噸CO2e。(未進行技術改進的情況)
1.3采用挖潛技術后的排放量——2030年
圖3所示的是科技進步后各行業2030年的排放量情況預測。從圖3可知,若中國各行業加大科研力度,挖掘最大技術潛力之后,不僅能改善中國能源的安全形勢(利用清潔能源和加大節能減排),同時可以將能預測的2030年溫室氣體排放量控制在80億噸CO2e,比基準情景(表1)減少了近一半。
1.4基準情景、技術凍結情景和減排情景的定義
圖4所示的是基準情景、技術凍結情景和減排情景的定義。此圖為估算各種減排技術在減少溫室氣體排放方面的潛力和成本而假設的三種情景(2005年-2030年);技術凍結即假設在2005-2030年不采取任何新的溫室減排技術。從上圖2030年溫室氣體排放數字可揭示出采取各項技術和舉措的巨大成效。
石膏 —— 一種可持續發展的建筑材料
2.1石膏產業是推動實現“綠色建筑”發展的排頭兵
根據專家分析,改善中國可持續發展機遇的領域包括建筑和家電使用、道路運輸、高排放工業、電力和農林五大經濟部門。它們的減排總潛能可達67億噸CO2e。其中建筑和家電使用約為11億噸CO2e,占總潛能的16.4%,列第三位。由此可見,“建筑節能”和“綠色建筑”在國家可持續發展中的地位和重要性。建筑材料與建筑密不可分,石膏建材優異的環保、節能和應用性能是綠色建筑的“催化劑”。
近幾年隨著經濟發展和城市化進程,建筑面積迅速增長,建筑業已成為我國拉動經濟發展的支柱行業。隨之而來的是公用和民用建筑的能源消耗在總能耗中的比重也逐步提高。專家預測建筑能耗將在未來20年內從2005年的17%躍升至25%,同時所排放的溫室氣體將從每年8000萬噸增加到32億噸。因此,盡快改變人們的生活消費觀念,推行新型建筑設計理念和技術,推動建筑“綠色革命”勢在必行。
2.2石膏——一種可持續發展的建筑材料
2.2.1豐富的石膏資源
任何一個行業要持續發展必須要有一個完善的“產業鏈”。這就是說既要有“上游”供貨渠道,又要有“下游”市場,同時還要有好產品,這樣才能形成一個完美優質的“產業鏈”。石膏行業就具備了這樣一個條件。石膏產品的主要原料是石膏,包括天然石膏(二水石膏和硬石膏)和工業副產石膏。
我國石膏資源極其豐富,而且礦床自然類型多、分布范圍廣。據不完全統計,我國天然石膏的開采量已達到690萬噸(USGS“礦物年鑒”,但中國有關部門統計為2099萬噸),位居世界第四位。天然硬石膏資源也很豐富,但由于其膠凝性差,凝結硬化時間長,目前利用率不高。隨著對天然硬石膏活性激發的研究工作的進展,使其充分發展膠凝性能,可用作更多石膏制品的原料。
工業副產石膏主要指某些工業生產產出的副產品,如火電廠濕法脫硫而獲得的脫硫石膏;化工廠產生的磷石膏、氟石膏、鈦石膏等。這些副產品經過一定處理加工后可用于生產石膏建筑材料。
脫硫石膏是當前我國利用量最大、利用范圍最廣的工業副產石膏。在未來二十年里盡管國家大力推行清潔能源,但由于成本和技術的局限、人才的缺乏以及老電廠的更新期限等原因,火電廠產能仍將增加2倍多,保障煙氣排放達標的環保處理措施——脫硫技術仍要繼續推行發展,也就是說脫硫石膏的產量較當前產量會成倍增長,為石膏行業提供了足夠的資源。磷石膏在我國產量也很大,只要對其做好前期的預處理,也能成為制造石膏產品的豐富資源。至于氟石膏、鈦石膏,我國每年也將有100萬噸的產量。目前許多科技人員正在對其進行研發以便更好地進行利用。
2.2.2廣闊的市場——建筑業的發展
石膏產品的下游產業是建筑業。建筑業的發展直接推動建筑材料產業的發展,而建筑材料的品質和應用特性又保證了建筑的功能和質量。二者相輔相成,缺一不可。
無論是天然石膏還是副產石膏,除了用于水泥工業外,約有45%被加工成熟石膏;而其中的80%的熟石膏被加工成建筑墻板,20%被用來生產石膏抹灰料或其它產品。這些產品可用作各類建筑的內隔墻、吊頂以及抹灰料等。
隨著城市建設的進展,近十年我國建筑業發展很快。今年國家又提出“建材下鄉”政策,這將會大大促進農村的住宅建設。隨之也為各種建材拓寬了市場,尤其是石膏制品如石膏板、石膏砌塊、條板等。從未來20年看,商業建筑面積預計從50億平方米擴大到240億平方米,民用住宅建筑面積預計將會從370億平方米擴大到660億平方米。假設公共建筑使用石膏產品以50%計,民用建筑市場用量以10%計,未來20年的石膏制品需求量為285億平方米,平均年用量為14億平方米。這是一個比較保守的數據,因為住宅使用量僅僅按10%進行計算,實際上在今后的新建筑中必須要大力實施建筑節能標準。采用被動設計新技術,可以通過改善建筑圍護結構來實現更高的節能標準。石膏板輕鋼龍骨內墻體系是新建筑的最佳選擇方案,石膏板的用量可能增加到15%-20%;再加上老舊房屋的圍護墻改造,石膏制品的需求量將會更大。另外,目前住宅所用的抹灰材料基本上是水泥砂漿,而水泥不僅是能耗大戶也是溫室氣體排放大戶,用石膏來替代水泥生產“砂漿”作為住宅室內抹灰材料是完全可行的。這樣建筑石膏粉的需求量也會大大增加??傊?,無論是石膏板材還是石膏粉料,市場還是比較廣闊的。
2.2.3石膏自身的節能環保特性
石膏作為一種建筑材料使用,其歷史最早可追溯到公元前9000年。石膏制品不僅具有優良的使用性能,而且與其他建筑材料相比,不僅能耗低而且對環境污染較?。ㄈ绫?所示),是名副其實的綠色建材。石膏制品有如下的一些優點:
(1)硬化時體積膨脹小。β半水石膏的硬化膨脹率為0.1%~0.2%,因此石膏在用作自流平地面材料、墻面抹灰材料方面有明顯優勢。
(2) 輕質。以紙面石膏板為例,用作隔墻時,其重量僅為同等厚度磚墻的1/15,有利于結構抗震,并可有效減少基礎及結構主體造價,這對于高層建筑尤為重要。
(3)良好的保溫隔熱性能。石膏制品為多孔結構,表觀密度較小。以紙面石膏板為例,密度僅為900kg/m3,其導熱系數為0.16W/(M·K),與普通混凝土(密度為2400kg/m3,導熱系數為2.10W/(M·K))相比,其隔熱性能具有顯著優勢。
(4)良好的耐火性能。石膏水化產物主要成分是含有兩個結晶水的二水石膏,當遇火時它逐漸脫去結晶水,同時此過程中會吸收大量的熱,延遲周圍環境溫度的升高。因此,石膏建材具有良好的防火阻燃性能
(5)良好的裝飾功能。石膏制品尺寸穩定性好,在四季氣候變化過程中不會發生影響外觀的縮脹變形。以用于住宅內隔墻的紙面石膏板為例,其表面平整,板與板之間通過接縫處理形成無縫表面,表面可直接進行裝飾。
(6)舒適的居住功能。石膏制品中存在著大量的微孔,因而具有獨特的“呼吸”性能,即在溫度高、濕度小時,逐漸釋放出微孔中的水分;當溫度低、濕度大時,能吸收空氣中的水分。這種作用可在一定范圍內調節室內濕度,使居住環境更舒適。
2.2.4多方位的應用特性
無論是石膏板材還是石膏粉料,在房屋建筑中應用廣泛。如石膏板材可用作房屋的內隔墻、吊頂、浴室的襯板以及地板;建筑石膏粉料可根據用途摻入不同的外加劑用作抹面材料,又可作粘結劑、嵌縫劑。而且施工也極其方便,可拆可卸可貼,還可做成各種造型,在危舊房改造中能顯示出其優異的靈活性和方便性。
建議
石膏制品是節能環保型的建筑材料,有著強大生命力。我們作為石膏行業的從業者,更加責無旁貸地做好、用好石膏建材;并能從各個環節做到可持續發展,不但要順應我國的節能減排新目標,而且要竭盡所能開發石膏產品性能以滿足人們日益提高地對建筑美觀、舒適的要求。我們建議從以下幾個方面入手做好石膏行業的可持續發展。
首先,提高工業副產石膏的使用率。利用工業副產石膏不僅可以減少對石膏礦的開采,保護自然資源;而且能吸納工業固體廢棄物排放,減輕環境的壓力。近年來利用工業副產石膏,尤其是脫硫石膏已受到了石膏行業的普遍關注。以石膏板行業為例,通過技術創新和裝備改造,完全可以實現以100%脫硫石膏為原料生產紙面石膏板。以脫硫石膏生產砌塊、膩子、石膏條板等石膏制品的工藝技術問題也在生產實踐中得到解決。目前,國內脫硫石膏原料的品質控制難是其大規模應用中的瓶頸。這個問題的解決需要火電廠和石膏制品企業的共同努力。對于工業副產石膏中的另一大類——磷石膏,近年來也有不斷的研究和探索,但是由于磷石膏的前期處理較復雜,因此大規模應用的發展比較遲緩。我們相信隨著各方面技術的發展成熟,磷石膏在石膏行業的廣泛應用也將指日可待。
其次,加強石膏礦開采時的環境保護。對于石膏礦產資源豐富的地區,在利用天然石膏生產石膏制品的同時,應加強對石膏礦區的環境保護。石膏礦開采作為高耗能的行業,在北京地區已被列入不允許上新項目的行業;同時開采過程中還產生大量的膏渣,這些膏渣不僅占用大量土地,而且也會污染環境。因此,必須在提高石膏礦回采率的同時加強對膏渣的資源化利用,并對礦區的生態環境進行治理和保護,盡量降低開采對環境的破壞。
第三,降低生產能耗。石膏制品企業應依靠科技創新和進步,降低生產過程的能耗。以紙面石膏板為例進行說明。以脫硫石膏(含水率15%)為原料生產紙面石膏板的能耗比以天然石膏為原料時的能耗大25%左右。但是企業通過進一步優化干燥和煅燒等技術并采用的一些節能措施可以降低生產能耗,如:(1)干燥機廢濕氣的回收利用;(2)通過優化干燥機保溫隔熱設計減少熱橋,加強門邊密封減少系統散熱;(3)采用鍋爐回水技術使蒸汽系統中高溫回水回到鍋爐中循環使用。通過對各環節實行節能措施可以使單位產品的能耗低于《紙面石膏板單位產量能源消耗限額》規定值。
第四,實現原料在生產過程中和產品在使用過程中的循環使用。以紙面石膏板為例進行說明。目前,國內大型的紙面石膏板生產企業可實現紙面石膏板生產原料的100%循環利用,但是對于建筑中已使用的廢舊紙面石膏板的回收工作還沒有開展。在歐洲,自上世紀90年代末隨著政府的多項相關立法的制定實行,廢舊紙面石膏板回收廠越來越普遍,并已開發出多種回收方式。在我國這項工作的推進同樣離不開國家的政策法規,也是我們石膏行業從業者的責任。
第五、開發新產品以滿足人們對美觀舒適性日益增高的需求。隨著人們生活水平的不斷提高,對建筑美觀性和舒適性也有越來越高的要求。將石膏制品的優點和其他材料的優點相結合,開發出更多的不同功能性產品。以紙面石膏板為例,近年來出現了能將室內環境控制在較小波動范圍內、增加居室舒適度的相變蓄能功能紙面石膏板;能吸附分解甲醛及其他有害成分、具有凈化空氣作用的紙面石膏板;具有防高頻輻射功能的紙面石膏板;具有減低噪音功能的紙面石膏板,等等。開發各種用途的建筑室內用石膏抹灰材料以替代現有的水泥砂漿也大有前途。這些新產品的出現使人們對石膏產品的節能環保、舒適性的認識更加清晰。因此,只有不斷地創新才能提升石膏制品的生命力和活力。
第六、石膏產品的應用研究是可持續發展的重要環節。應用研究和新產品開發同樣重要。長期以來,石膏制品在住宅建筑中的應用不但受到現有建筑模數的制約,而且石膏制品的配套不完善以及施工技術不規范也限制了應用的發展。應用研究不僅要靠建筑設計單位和施工企業來進行,石膏制品生產企業也責無旁貸。生產企業只有深入地研究應用技術才能給客戶提供更好地技術支持,也能促進產品的銷售和生產。
4結束語
通過對我國能效水平、溫室氣體排放的分析以及結合國家提出的節能減排目標,闡述了石膏作為可持續發展的綠色建材在建筑業發展中的重要性;同時,面對石膏行業發展充滿機遇的未來,我們從我國的現狀出發提出石膏行業的發展幾點建議以供業內同行們參考。
文章來源:2010中國建筑材料聯合會石膏建材分會第五屆年會暨第九屆全國石膏技術交流大會及展覽會