· 綠建築簡報編輯部 · 綠建材與低碳營建 · 8 分鐘閱讀
低碳水泥是什麼？水泥業的減碳革命
水泥製造佔全球 CO2 排放約 8%。低碳水泥如何減少碳排？台灣水泥業面臨哪些壓力與機會？
為什麼水泥是碳排放的大問題？
水泥是全球使用量僅次於水的材料，每年全球生產約 42 億噸水泥。但水泥的製造過程碳排放極高，佔全球 CO2 排放約 8%——如果水泥業是一個國家，它的碳排放量將僅次於中國和美國，排名世界第三。
水泥碳排放高的原因有兩個：
1. 化學反應排放（約 60%）
水泥的主要成分「熟料（Clinker）」是將石灰石（CaCO3）在 1,450°C 的旋窯中煅燒而成。這個化學反應本身就會釋放 CO2：
CaCO3 → CaO + CO2
每生產一噸熟料，化學反應就會釋放約 0.53 噸 CO2，這是無法透過改善燃料效率來避免的。
2. 燃料燃燒排放（約 40%）
要維持 1,450°C 的高溫，需要燃燒大量化石燃料（煤炭、石油焦），這又產生額外的 CO2。
低碳水泥有哪些策略？
低碳水泥不是單一產品，而是一系列減碳技術的統稱。主要策略如下：
| 策略 | 減碳潛力 | 技術成熟度 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 熟料替代 | 30-50% | 高（已商業化） | 用爐石粉、飛灰、石灰石等替代部分熟料 |
| 替代燃料 | 10-30% | 中高 | 使用生質燃料、廢棄物衍生燃料取代煤炭 |
| 能源效率提升 | 5-10% | 高 | 改善窯爐效率、廢熱回收 |
| 碳捕捉與封存（CCUS） | 60-90% | 中低（示範階段） | 捕捉煙道氣中的 CO2 並封存或利用 |
| 新型水泥化學 | 40-70% | 低（研發階段） | 地聚合物水泥、LC3 水泥、硫鋁酸鹽水泥 |
熟料替代：最成熟的減碳方案
熟料替代是目前最成熟、最廣泛使用的低碳水泥策略。原理很簡單：減少水泥中熟料的比例，用其他材料替代。
常見替代材料
| 替代材料 | 來源 | 替代比例 | 特點 |
|---|---|---|---|
| 爐石粉（GGBFS） | 煉鋼副產品 | 最高可達 70% | 台灣最常用，可提升耐久性 |
| 飛灰（Fly Ash） | 燃煤電廠副產品 | 最高可達 30% | 改善工作性，但隨燃煤電廠關閉，供應量將減少 |
| 石灰石粉 | 石灰石研磨 | 最高可達 15% | 取得容易，成本最低 |
| 矽灰（Silica Fume） | 矽鐵合金副產品 | 5-10% | 大幅提升強度，常用於高性能混凝土 |
台灣的水泥業已廣泛使用爐石粉和飛灰，但隨著燃煤電廠退場，飛灰供應將面臨短缺，需要尋找新的替代方案。
新型水泥化學：未來的希望
LC3 水泥（Limestone Calcined Clay Cement）
- 使用石灰石和煅燒黏土替代最高 50% 的熟料
- 原料全球豐富、取得容易
- 減碳約 30-40%
- 已在印度、古巴等國試產，可能是短中期最具潛力的方案
地聚合物水泥（Geopolymer Cement）
- 完全不使用傳統熟料，以飛灰或爐石粉為基材
- 理論上可減碳 60-80%
- 挑戰：配方穩定性、標準化、供應鏈建立
碳礦化水泥
- 在水泥製程中注入 CO2，使其與鈣反應生成碳酸鈣
- CO2 被永久封存在水泥產品中
- 部分技術已進入商業化階段（如 CarbonCure、Solidia）
碳捕捉與封存（CCUS）在水泥業的應用
由於水泥製程中 60% 的碳排來自化學反應（無法靠換燃料解決），碳捕捉被視為水泥業深度脫碳的關鍵技術：
- 海德堡材料（Heidelberg Materials）：挪威 Brevik 廠建設全球首座水泥業全規模碳捕捉設施，預計捕捉 40 萬噸 CO2/年
- 台泥（Taiwan Cement）：花蓮和平廠已進行碳捕捉試驗，並投資微藻固碳技術
- 挑戰：CCUS 設備投資龐大，每噸 CO2 捕捉成本約 50-100 美元
台灣水泥業的減碳挑戰與機會
主要業者
| 公司 | 產能 | 減碳進展 |
|---|---|---|
| 台泥（Taiwan Cement） | 台灣最大水泥廠 | 碳捕捉試驗、替代燃料、微藻固碳、綠能投資 |
| 亞泥（Asia Cement） | 台灣第二大 | 替代原料提升、廢熱發電、循環經濟 |
碳費對水泥業的影響
台灣碳費 2025 年上路（一般費率 300 元/噸 CO2e），水泥業屬於高碳洩漏風險產業，雖有折扣，但長期費率將逐步調升。以台泥為例，年碳排約數百萬噸，碳費成本將非常可觀。
對建築業的連鎖效應
- 水泥價格上漲：碳費成本將轉嫁到水泥售價
- 低碳混凝土需求增加：業主和設計師將更偏好低碳配方
- 綠建築認證要求：LEED、EEWH 對建材碳排放的要求越來越嚴格
- 規格標準更新：CNS 和建築技術規則可能納入低碳混凝土規格
建築設計師與業主可以做什麼？
- 指定低碳混凝土配比：要求混凝土廠商使用高爐石粉比例
- 要求建材 EPD：選用有環境產品宣告的水泥和混凝土產品
- 結構最佳化：透過精確結構計算減少混凝土用量
- 考慮替代結構系統：在適當場景使用木構造或鋼構（再生鋼）
- 全生命週期評估：在設計階段進行 LCA 分析，比較不同建材方案的碳排差異
全球水泥業減碳路線圖
全球水泥與混凝土協會（GCCA）提出的 2050 淨零路線圖目標：
| 時程 | 目標 | 關鍵策略 |
|---|---|---|
| 2030 年 | 減碳 25%（相對於 2020 年） | 熟料替代、替代燃料、能效提升 |
| 2040 年 | 減碳 50% | CCUS 規模化、新型水泥推廣 |
| 2050 年 | 淨零排放 | CCUS 全面部署、氫能窯爐、循環經濟 |
資料來源
- GCCA — Global Cement and Concrete Association Net Zero Roadmap
- IEA — Technology Roadmap: Low-Carbon Transition in the Cement Industry
- 台泥 ESG 報告
- 亞泥永續報告書
- SSDC 澄毓綠建築設計顧問
- 環境部 — 碳費徵收費率公告
延伸閱讀
台灣水泥業的低碳轉型挑戰，#41 有本土產業分析。碳關稅對水泥業的衝擊，#66 做了深入評估。蘊含碳如何計算建材的隱藏排放，#39 有基礎介紹。碳捕捉技術在水泥業的應用前景，#54 有探討。
