碳减排视角下的建筑垃圾资源化处理模式探析

来源丨《CE碳科技》微信公众号

作者丨中城环境 郝粼波

整理丨中城环境 李欣

一、建筑垃圾处理与绿色建造推进

01、国内外建筑垃圾处理技术现状

近年来，我国建筑垃圾产量呈逐年增长的趋势，其产生量约为城市垃圾总量的 30%~40%，与生活垃圾产量不在同一数量级，已成为我国城市单一品种排放数量最大、最集中的固体废弃物。

作为我国城市单一品种排放数量最大的固体废物，建筑垃圾资源化处理程度并不高，利用率有限。根据中国城市环境卫生协会建筑垃圾专委会数据统计以及我国开展的建筑垃圾治理试点工作经验，我国建筑垃圾资源率仅在20%左右，远低于国外发达国家 70% 以上的利用率。大量未经无害化和资源化处理而简易堆放的建筑垃圾中，在降水作用影响下极易造成污染组分浸出、迁移，污染生态环境。

因此，提高建筑垃圾资源利用效率，提升再生资源对原生资源的替代比例是下一步重点工作方向。2021 年 7 月，国家发改委印发《“十四五”循环经济发展规划》，明确指出，到 2025 年，建筑垃圾综合利用率达到 60%。

图1 国外发达国家建筑垃圾资源化利用率

02、绿色建造技术发展现状

建筑施工产生的建筑垃圾，作为环境污染及资源消耗的重要因素，在施工过程中实施绿色施工技术和节能减排施工技术，不仅是施工企业的义务，也是施工企业的社会责任。在大方向的指引下，无论是响应国家政策还是企业追求利润和发展，绿色建造都是解决建筑业高能耗、高污染和环境牺牲的有效手段，也必将成为未来建筑业的发展趋势。

建筑全寿命周期按照施工的顺序可分为五个部分立项、设计、施工、运营以及最后的拆除阶段。绿色建造的全寿命周期如下图所示

图2 绿色建造的全寿命周期

在绿色建造施工标准的引领带动下，虽然我国绿色建造技术起步比欧美发达国家晚，但是发展速度较快，这十年呈现出跨越式飞跃性发展，与此同时也暴露了许多问题。主要有人们对绿色建造存有的误解难以消除；有关主管部门宣传绿色建造作用方面不积极；绿色建造推广实施的鼓励制度尚还缺乏；目前粗放式的工程管理模式不适用于推广绿色建造技术。

03、“双碳”战略下绿色建造发展路径

绿色建造以“绿色化、工业化、信息化、集约化和产业化”为特征，通过建造全过程的一体化绿色统筹，切实把绿色发展理念融入生产方式的全要素、全过程和各环节，实现良好的资源和环境效益，目前绿色建造技术广泛应用于信息化、装配式、道路工程、地下综合管廊、工业项目、高原地区、建筑材料和建筑施工等领域。具体技术路径下图所示

图3 绿色建造“五化”技术路径

主要指建造流程绿色化，包括绿色策划、绿色设计、绿色建材、绿色施工等。绿色策划是实现绿色建造的首要环节；绿色设计是实现绿色建造的决定性环节；绿色建材是实现绿色建造的物质基础，材料选用很大程度上决定了建筑的绿色化程度。

主要指建造方式工业化，它整合工程产业链、价值链和创新链，提升建筑工业化水平，实现工程建造的高质量、低消耗、低排放。

主要指建造手段信息化，它集成 5G、人工智能、物联网等新技术,积极推动传统工程建造向智能化发展,形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营维护等全产业链融合一体的智能建造产业体系。

主要指建造组织集约化，通过集约化的组织，有利于克服当前工程组织碎片化的弊端，统一配置人力、物力、财力，有效整合各方要素，对建设项目全过程进行系统兼顾，整体优化。

主要指建造布局产业化，在产业化的视角下重新审视工程建造活动，通过资源共享以及上下游的互利关系将相关产业资源进行绿色化整合。

04、绿色建造能源减碳综合管理调研分析

绿色建造比绿色施工的要求更高、内涵更广，由于考虑了工程产品生产的全过程，因此绿色建造减碳管理的重点不仅涉及绿色施工，应以更广阔的视野综合考虑立项策划、设计和施工三个阶段的减碳管理。

（1）政策引导

强化政府、行业和企业三个层面的政策引导。政府层面要强化政策引导，明确建筑业双碳目标主攻方向，在关键领域推进突破。行业层面要配合政府在关键领域突破思路，在行业内研究突破路径。充分发挥骨干企业的创新主体作用，解决课题来源和产品试点投放问题。

（2）提高认识

绿色建造是一项复杂的系统工程，需要多个环节、多个部门的综合协调，对认识高度提出更高要求。

（3）模式创新

模式创新，广泛意义上，涵盖了多个关键领域的创新实践。具体而言，主要包括投融资模式的创新、建设模式的创新、施工模式的创新以及运维模式的创新。

（4）集成技术

绿色建造涉及多个阶段、多个环节，单项技术创新研究无法发挥整体提升效果，工程项目是多种复杂要素耦合作用，应重视建筑全生命周期综合技术集成创新，通过示范工程带动综合技术研究，强化跨学科成套技术研究和集成技术研究。

05、建筑垃圾处理的时代使命

在国家双碳战略引领下，建筑垃圾资源化利用的减碳效果最为直接，是串联八大绿色建造实施重点措施（城市绿色更新、绿色策划强化顶层设计、绿色设计推进源头减碳、建造方式转型升级、组织方式变革、绿色拆除、建筑与建材有效衔接、建筑垃圾资源化利用）的关键技术路线。

建筑垃圾资源化利用对于实现绿色建造具有重要意义，通过科学处理和利用建筑垃圾，可以将其转化为再生绿色建材，这不仅为绿色建造提供了物质基础，还有助于减少对环境的影响，促进社会经济的可持续发展。例如，北京市通过采取弃土利用或资源化处置方式，实现了建筑垃圾资源化处置率达到 85% 以上，有效地发挥了“城市矿产”的作用。

与此同时，绿色建造也对建筑垃圾资源化提出了内在需求。这一点从多个方面得到了体现和支持。绿色建造的核心理念之一是减少资源消耗和环境影响，这自然包括了对建筑垃圾的管理和利用，建筑垃圾减量化及资源化利用技术也被列为我国绿色建造领域未来 10~20 年重点发展关键技术。

图4 建筑垃圾资源化利用的减碳作用示意图

二、推进建筑垃圾减碳作用的实施重点

推进建筑垃圾减碳作用的实施重点有四个方面减量化实施分析、资源化实施分析、无害化实施分析、产业化实施分析。在实现前三化后，产业化自然会水到渠成、应运而生。

减量化实施分析目前，施工现场产生的垃圾（包括建造作业、拆除作业等环节）占国内建筑垃圾总产量比例约 70%，这是推行减量化工作的核心对象。尽可能源头减量，对建筑垃圾分门别类后，采用就地利用方式，可以有效降低运输过程产生的碳排放，同时也能最大程度降低进入终端填埋的物质总量，对减少碳排放的起到协同倍增作用。

资源化实施分析建筑垃圾一般分为工程渣土、工程泥浆、工程垃圾、拆除垃圾和装修垃圾 5 类。具体的资源化利用实施路线如图5。

图5 建筑垃圾资源化利用实施路线图

无害化实施分析“无害化”是建筑垃圾管理的根本目的，也是总体要求。“减量化”、“资源化”必须服从并服务于“无害化”这个根木目标。实现建筑垃圾的无害化处理，首先应对建造过程和拆除过程产生的建筑垃圾产生源、构成及性质进行分析。结合分类组分特点，采取不同处理工艺后，无法进行资源化再生利用的组分可以考虑无害化填埋处理方式。

三、案例分析

01、建筑垃圾资源化处理项目的减碳效果分析

本研究的评价对象为湖北某年处理 50 万t 的典型建筑垃圾资源化处理项目，总投资约 3.2 亿元，年产再生压制砖 100 万m2，再生无机混合料 20 万t，再生混凝土 50 万m3，剩余再生骨料 2.24 万t，回收金属 0.57 万t。

建筑垃圾厂内资源化处理环节，年外购水泥及添加剂 14.51 万t，外购天然砂石料 48.33 万t，消耗电力 615.23 万kWh、柴油 180 t、自来水 19.19 万m3。

图6 湖北某建筑垃圾处理项目效果图

采用“有无对比”分析法，计算该建筑垃圾资源化处理项目的 CO2减排量。

在“无项目”情境下，采用传统工艺生产前节所述的压制砖、无机混合料、商品混凝土、骨料、金属等产品，需要年排放二氧化碳 46.19 万t，详细计算过程见下表

图7 项目碳排放量计算表

根据上述计算分析，“有项目”情景下，年二氧化碳总排放量为 11.31 万t，不考虑泄露排放等极端情况，该建筑垃圾资源化利用项目实施后，年二氧化碳减排量可达到 11.79 万t。该项目年均处理建筑垃圾 50 万t，则每综合利用 1 t 建筑垃圾可减少二氧化碳排放量约 0.236 t。

02、建筑垃圾的CCUS技术研究

二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放的 CO2捕集并分离后，通过陆地管道、船舶、铁路和公路车载运输方式输送至咸水层、枯竭油气田等合适地点，进行长期封存，以实现 CO2减排的工业过程 。然而，CCS 整个过程是建立在高能耗和高成本的基础上，而且存在潜在泄漏的风险和诸多不确定性的因素，因此目前无法广泛应用。

为了使 CCS 技术产生经济效益的同时更具有现实操作性，在原有基础上增加了 CO2的利用即碳捕集、封存与利用（carbon capture, utilization and storage，CCUS）。CCUS 不再是单纯地将 CO2简单的封存而是将其进行提纯后，投入到新的生产过程中，实现 CO2的资源化利用。

CO2强化再生骨料是基于 CO2矿化封存，通过 CO2与骨料表面附着水泥浆体中的氢氧化钙和水化硅酸钙（C-S-H）反应，生成以碳酸钙（CaCO3）和硅胶为主的反应产物。碳酸钙和硅胶填充在孔隙之中，可使再生骨料的结构更加致密，降低孔隙率及吸水率，进而提高附着水泥浆体的密实度和强度。

图8 建筑垃圾的CCUS技术研究

03、建筑垃圾处理跨领域协同减碳技术研究

我们以水泥行业为例，研究建筑垃圾跨领域协同减碳技术。

水泥行业是 CO2排放的重点行业之一，其直接碳排放量占全球工业碳排放总量的1/4左右。研究表明，我国水泥行业 CO2直接排放占全国 CO2排放总量的12%左右，其中工业过程排放占全国工业过程排放的 60% 以上。

2020 年我国水泥行业 17 项减排技术的平均减排成本为 124 元/tCO2，2020 年实现总减排量 3043 万t，总减排成本为 10.3 亿元；在保持技术水平和排放水平不变的情况下，2035 年 17 项减排技术可实现总减排量 21307 万t，总减排成本为 103.4 亿元。

图9 水泥企业的二氧化碳排放来源分析图

若水泥行业的燃料替代率达到 30%，可节约化石类燃料 30%，从而可减少因化石类燃料燃烧产生的CO2约 0.091 t/t水泥，约为水泥生产过程排放CO2量的 10%。替代燃料是更优先、更具成本效益的手段。

04、装修垃圾高热值组分厂内就地资源化研究

2022 年，中城环境自立课题“装修垃圾高热值组分厂内就地资源化研究”，课题组针对城镇装修垃圾预处理分选过程产生的竹木、织物、塑料等高热值轻质物，开发出一套物料适应性强、运营成本相对较低、工艺运行相对稳定的资源化处理生产线。针对国内城镇装修垃圾原料成分特点，生产线接收“硬质”、“软质”两类物料，于前端采用分类进料方式，根据物料特性进行预处理后，后端汇合进行资源化处理。

中试实验主场地位于贵州省。课题实验场地利用垃圾分选车间，实验接收的装修垃圾高热值组分来源于当地经前端人工分选回收可利用组分后剩余的高热值部分，原料存放利用厂区室外及分选车间上料区。

课题项目设计处理装修垃圾高热值组分 10 t/h，采用“硬质物料粗破/软质物料链板上料+磁选+筛分+筛下灰土外运+筛上物摩擦清洗细碎+混料+RDF 制备”的资源化处理工艺。

图10 高热值组分资源化处理中试实验生产线实景图

图11 装修垃圾高热值组分预处理工艺流程图

实验结果

（1）本次装修垃圾高热值组分资源化处理线中试实验，稳定产能可维持在 10 t/h 以上。

（2）本次中试实验总生产时间 105 h，其中连续运行 4 h 天数达到 8 d，装修垃圾高热值组分总处理量达到 1208.62 t，现场实验环节各主要指标均超过预定目标。

（3）装修垃圾高热值组分资源化处理线主产品为 RDF 产品（分为 RDF-3 和 RDF-5 两种规格）。检测报告显示 RDF 产品收到基低位发热量达到 21199 J/g（约合 5064 kcal），较之课题考核指标 3000 kcal 提高 68.8%。通过调研，满足 2500 kcal 的 RDF 产品即已具备销售价值，当达到 4000 kcal 时，将成为水泥行业替代燃料需求的优质采购对象。

（4）本次中试实验直接生产运营成本为 76.32 元/t。在生产线实现原料稳定性供应及规模化生产后，年生产经营成本还会有适当下浮。该生产经营成本在国内外同类生产行业内处于低能耗水平。

四、结论与展望

结论如下

（1）基于绿色建造的碳减排总体路径，建筑垃圾资源化利用的减碳效果最为直接，是串联八大绿色建造实施重点措施的关键技术路线。

（2）为细致分析其对绿色建造以及减碳效应的推进作用，有必要从建筑垃圾的减量化、资源化、无害化、产业化等方面入手，深入分析各子目标实施过程所面临的具体问题，并针对性提出实施重点。

（3）建筑垃圾资源化处理技术具有显著的碳减排效益，本文通过“有无对比”方法对具体项目进行了碳减排定量测算，发现每综合利用 1 t 建筑垃圾可减少二氧化碳排放量约 0.236 t。

展望未来，随着“双碳”战略的推进，我国城乡建设开启了以绿色转型为引领的新篇章，与新发展观相适应，绿色建造作为新型建造方式，贯穿了建筑生命周期各个阶段。建筑垃圾变为再生绿色建材，不仅成为了绿色建造的物质基础，还使得建筑全生命周期的绿色低碳循环变为了现实。

更多环保固废领域优质文章，欢迎关注《CE碳科技》。

原文标题:碳减排视角下的建筑垃圾资源化处理模式探析