中国のセメント製造の近代化は環境面での大幅な改善につながる

Communications Earth & Environmental volume 3、記事番号: 276 (2022) この記事を引用

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中国では過去数十年にわたり建設ブームが起こり、セメントの使用量が膨大になった。同時に、セメント製造技術も急速に進歩しました。ここでは、国および地方レベルのデータに基づいて、回帰モデル、ライフサイクル評価、およびシナリオ分析を採用して、1996 年から 2021 年までのセメント製造技術の進化と環境への影響を示しています。新しい懸濁予熱器ロータリーキルンが、 2021 年には中国のセメント生産量の約 99% が中国で生産されます。気候変動と化石資源の枯渇がセメント製造の主な環境負荷として認識されていますが、粒子状物質の排出量の削減が新技術の最も顕著な利点であると考えられます。 2021 年までに、技術のアップグレードにより、セメント製造による汚染は 25% ～ 53% 軽減されました。私たちの調査結果は、より持続可能で環境に優しいセメント産業に向けた信頼できる道筋を示すのに役立ちます。

世界の最終エネルギー使用量とエネルギーおよびプロセス関連の温室効果ガス排出量の約 40% は、セメントが必須の材料である建物や建設活動によって引き起こされています 1,2。都市化と近代化の急速な成長に伴い、建築建設におけるセメントの消費と生産は著しく増加しました。 1985 年以来、中国は最大のセメント生産国となり、3 年間（つまり 2010 年から 2012 年まで）で米国が 20 世紀全体で消費したセメントよりも多くのセメントを消費しました3,4。 2018 年、中国のセメント生産は世界のセメント生産の約 56% を占めました5。

セメント製造技術 (CMT) の急速な進歩により、中国はここ数十年で 3 つの主要なセメントキルン 6 を利用してきました。これには、シャフトキルン、その他のロータリーキルン (例、湿式ロータリーキルン、乾式中空キルン、垂直予熱キルン 7)、および新しいセメントキルンが含まれます。サスペンションプレヒーター (NSP) ロータリーキルン。 2000 年以前は、輸入機器 (NSP ロータリーキルンなど) のコストが高かったため、シャフトキルンが CMT の主流でした 8。大規模な生産能力と安定した製品品質を備えた最先端の技術である NSP ロータリーキルン 9 の市場シェアは、この期間では非常に限られており、シャフトキルンの市場シェアをはるかに下回っていました 6,10。しかし、好景気に伴い、2000 年以降セメント製造市場で NSP ロータリーキルンの人気が高まり始め、2010 年以降は主流となりました11,12。

中国におけるこの膨大な量のセメントの生産と消費は、二酸化炭素 (CO2)13、窒素酸化物 (NOx)9,14、重金属 15,16 などの重大な環境影響を伴ってきました。セメントの製造プロセスは主に、資源採掘、原料準備、クリンカー焼成、セメント粉砕17,18、化石燃料燃焼19の4つのステップで構成されます。これらの製造段階では、エネルギーや天然資源が枯渇するだけでなく、粉塵、騒音、汚染物質が環境に放出され、自然環境や人間の健康に深刻な被害をもたらします20,21。セメント製造の環境負荷についてはさまざまな研究が分析されていますが、いくつかの限界が残っています。第一に、CMT 変革の経路とそれに伴う中国における環境への影響の変化は明らかにされていません 22、23、24、25。第二に、最近の研究では、気候変動 (CC) に加えて、セメント生産が化石枯渇 (FD) や光化学オゾン生成 (POF) などの他の深刻な影響を及ぼしていることが判明しました 26、27、28、29。さらなる緩和策を講じるために主要な環境への影響を特定するには、より包括的な分析が必要です。第三に、CMT3 の分布には省間でばらつきがあるが、中国における CMT の進化を研究したり、省レベルでのセメント生産の環境への影響を推定した学者は限られている 30。そのような研究は、特に地域的な影響を明らかにするために必要である。土壌および水上の汚染物質によるもの（陸地の酸性化や陸地の生態毒性など）。最後に、中国中央政府は持続可能で協調的なセメント産業を促進するために多くの措置を講じてきた31が、過去数十年間の全体的な環境成果が評価され、定量化されたことは一度もなかった。

したがって、私たちは、1996年から2021年までの国および地方レベルでのCMTのアップグレードと分布を地元の生産データを使用してマッピングすることにより、研究におけるこれらのギャップに対処することを目指しています。セメント製造の環境への影響の包括的かつ全体的な評価は、セメントの国家ライフサイクル目録にライフサイクル分析を適用することによって実行されました。さらに、主要な環境負荷の州の分布と推移を示し、この説明のために代表的な州を選択しました。さらに、シナリオ分析を通じて、中国のセメント製造の近代化によって得られる環境上の利点を示しました。また、各国を比較するための代表的な指標として、セメント1トン当たりのCO2排出量と電力使用量を選定しました。これらの調査結果に従って、技術革新、よりクリーンな生産、持続可能性の政策設計の観点から、世界および国家レベルでの環境緩和アプローチを提案します。

中国の全国および地方のCMT市場シェアと中国のセメント産業の変化を分析します。 CMT の市場シェアは、式 (1) を適用することで得られます。図 1a、b は、中国の CMT の進化とさまざまな CMT による国内セメント生産を示しています。セメント生産は 1996 年から 2000 年までほぼ安定しており、主にシャフトキルンやその他のロータリーキルンを使用して製造されていました。この段階 (1996 ～ 2000 年) では、シャフトキルンが市場を支配し、約 70% を占めており、これは以前の研究 32、33、34、35、36 と一致しています。その後、2001 年にシャフトキルンの市場シェアが急激に減少しました。これは主に総量規制と産業構造調整と呼ばれる政策の影響で、低生産、高エネルギー消費、深刻な汚染を伴うセメント工場を 2000 年までに閉鎖することが求められました37。中国の経済成長と都市化により、セメント生産量は 2001 年から 2013 年にかけて大幅に増加し、2014 年には 24 億 7,600 万トン (Mt) でピークに達しました (図 1b)。しかし、その後、セメント生産量は多少の変動はあるものの、徐々に減少に転じました。この段階 (2001 年から 2021 年) では、成長する市場の需要に応えるために、効率の悪い窯は徐々に最先端の技術に置き換えられました。 NSP ロータリーキルンは 2001 年に市場に浸透し始め、2007 年にはシャフトキルンや他のロータリーキルンを追い越し、2010 年以降は主要な CMT となりました。これは国家発展改革委員会が発行したセメント産業特別開発計画と歩調を合わせています38。重要な理由は、2001 年の中国の世界貿易機関への加盟が、中国のセメント企業にとって世界的な技術開発を追跡し、環境保護意識を強化し、技術進歩を加速するのに役立ったということです6。最終的に、NSP ロータリーキルンはほぼ全国に広がり、2021 年には最大 99% の市場シェアを獲得しました (図 1a)。

a は中国のセメント製造技術の進化を示しています。 b は、1996 年から 2021 年までのさまざまな CMT によるセメント生産を示しています。c、d は、2001 年と 2014 年の中国のセメント産業の地域格差を比較しています。データの入手可能性のため、海南省、天津市、台湾省のセメント製造技術は含まれていません。。省別のセメント生産に関するデータは、中国セメント年鑑63、中国建材産業年鑑64、中国国家統計局65から収集されている。

NSP ロータリーキルンは 2001 年に市場シェアの 10% 以上を占め始め、中国の国家セメント生産量は 2014 年にピークに達しました。したがって、世界のセメント生産と製造能力の空間分布を示すために、2001 年と 2014 年が典型的な年として選択されています。州レベル（図1c、d）。この期間中、さまざまな州の CMT は数回の更新を経験しました。 2001 年には、シャフトキルンとその他のロータリーキルンが CMT 市場の大部分を占めていましたが、2014 年までに、特に中国東部と南部では NSP ロータリーキルンが市場を独占しました。山東省、江蘇省、広東省は、セメント生産量が最も多い主要な省であるようです。これら 3 省のセメント総生産量は、2001 年と 2014 年の全国セメント生産量の約 20 ～ 30% を占めました。対照的に、中国東部と南部には中国西部と北部の約 2 倍のセメント企業があります (補足表) 3)。山西省や寧夏などの西部および北部の省では、経済が未発達で石灰石資源が不足しているため、東部や南部の省に比べてセメント生産量が少ないため、CMTの整備は遅れているようだ。

3 つの CMT 間のライフサイクル評価 (LCA) 結果が比較されました。 3 つのセメントキルンの環境への影響間の実質的な違いを図 2a に示します。結果は、FD、CC、および POF が最も重大な環境影響を占めていることを示しています。 CMT のアップグレードにより、主な影響は FD から CC に移りました。さらに、土壌と水に関連する局所的な影響は、主に陸上酸性化 (TA) と陸上生態毒性 (TE) です。 FD の主な供給源は、石炭などの化石燃料を燃焼させてセメントキルンにエネルギーを供給することです。 CC は主に、炭酸塩の分解、燃料の燃焼、電気の使用という 3 つの主要な発生源からの CO2 の直接放出に起因すると考えられます。 POF は NOX の排出によって引き起こされますが、NOX の排出もか焼炉や窯での燃料の燃焼によって形成されます。 TAは、石炭燃焼時の原料や含硫黄化合物から発生する硫黄酸化物（SOX）による酸析によって発生します。 TE は主に、クリンカー生産時の石炭燃焼からの重金属の排出に起因します。これらの発見は以前の研究と一致しています39、40、41、42。もう 1 つの重要な発見は、NSP ロータリーキルンは、クリンカー燃焼段階で高度な技術と設備を採用しているため、環境への影響が大幅に低いということです。 NSP ロータリーキルン 43 における生産効率と熱利用の向上により、化石燃料の消費量が最大 50% 削減されます。一方、NSP方式ではロータリーキルンの長さが短いため、熱は低減されます。さらに、複数のエアダクトを備えた微粉炭バーナーは、エネルギー節約（一次空気比率の削減）と環境保護（低 NOx および代替燃料など）において重要な役割を果たします。州の観点から見ると、環境負荷はセメント生産およびCMTと密接な関係があります（補足図5および図1c、d）。セメント生産とCMTが地域の環境影響にどのような影響を与えるかをさらに調査するために、主要なセメント生産省である四川省（SC）と広東省（GD）を例として、粒子状物質形成（PMF）を対象となる環境影響として取り上げます（図2bおよび補足図）。４）。結果は、CMT アップグレードの先駆者として、GD が SC よりも優れた環境影響軽減効果を示していることを示しています。 2010 年以降、GD で CMT の継続的なアップグレードが行われなかった場合、セメント生産の増加に伴い環境への影響は増大し続けました。

a は、3 つの主要な CMT に基づいてセメント製造の主な環境影響を比較しています。バブルサイズは、1 つの CMT の LCA 正規化結果の合計を占める、選択した影響カテゴリのシェアを表します。 b は、州レベルで選択された 2 つのケースの地理的位置を示しています。 c は、2002 年、2006 年、2010 年、2014 年、2018 年の 3 つのセメント窯に基づくセメント製造によって引き起こされた PMF 環境への影響の推移を示しています。

CMT の進化による環境上の利点を図 3 に示します。私たちの調査結果は、先進的な CMT (例: NSP ロータリーキルン) の採用がセメント製造において環境面で顕著な利点をもたらし、1996 年から 2021 年までの基準で環境負荷を約 25 ～ 53% 軽減することを示しました。環境影響のカテゴリーについて。セメントキルンの革新により、中国の総合的なセメント製造汚染物質の排出量と資源消費量が毎年減少しました。 NSP ロータリーキルンの採用と拡大により、2021 年までに PMF が最大 53%、TA が 47%、TE が 34%、POF が 30%、CC が 29%、人体毒性 (HT) が 25% の累積削減につながりました。）。さらに、約 2,2700 億トン (Bt) の化石燃料と 28 Bt の淡水が節約されました。

a～h は、「実際の状況」と「想定されるシナリオ」（CMT のアップグレードが行われなかった場合）という 2 つの状況下で、中国におけるセメント製造の環境への影響を比較しています。図 3 に示されているパーセンテージは、1996 年から 2021 年までの環境影響の累積削減量です。

FD、CC、および POF はセメント製造の最も顕著な環境影響ですが、PMF は CMT アップグレードの最も顕著な受益者となっています (補足図 3)。この結果は、セメント産業における大気汚染物質の国家排出基準（GB 4915-2013）の 20 ～ 30 mg m-344 未満を満たす NSP 生産ラインを備えたセメント企業の効果的な PM ガバナンスによるものと考えられます。また、袋式集塵機を採用し、除塵効率45％99.95％とクリーンな生産に貢献します。 NSP ロータリーキルンの乾式製造プロセスにより、真水の消費量の 47 パーセントが削減されました。セメント原料粉である炭酸カルシウムは830～930℃の温度で分解し、強い硫黄吸収作用を持つ酸化カルシウムを生成します。さらに、加湿塔の水調整または冷却により、燃料の燃焼や材料処理から放出される硫黄を吸収することができます46。原料粉砕時に発生する二酸化硫黄（SO2）は、排ガス中の水蒸気や原料粉表面に吸収されます。これらすべての独自のプロセスと装置により、SO2 が 50% 近く削減されました。さらに、FD、POF、および CC は、「想定シナリオ」における累積環境影響の 4 分の 1 以上の汚染物質軽減能力を持っています。

図 4a は、1990 年から 2015 年までの国別のセメント生産 1 トン当たりの CO2 排出量を示しています。この期間を通じて、セメント製造 1 トン当たりの CO2 排出負荷が最も高いのはカナダです。対照的に、中国のセメント生産トンあたりの環境負荷はほとんどの先進国よりも小さかった。1990 年から 2000 年の期間には変動があったものの、2000 年以降は NSP ロータリーキルンの急速な増加により顕著な減少が見られた。世界のセメント生産国のトップ 4 には中国、インド、ベトナム、アメリカが含まれており、2020 年のセメント生産量は 9000 万トンを超えました47。中国とインドの排出量はいずれも CO2 t-1 セメント 400 kg 未満であったのに対し、ベトナムの排出量は 500 kg 以上でした。 2015 年の kg CO2 t−1 セメント。シャフトキルンは依然としてベトナムの主要な CMT です。ロータリーキルンはセメントキルン市場の 30% 未満を占めています48、49、50。セメント生産における世界の電力消費量（図4b）を見ると、有害廃棄物などの代替燃料の使用増加により、2018年のセメント消費量は130kWh t-1を超え、カナダと米国が上位2か国となった。そしてより多くの電力を必要とするタイヤ17,51。中国とインドでは、NSP ロータリーキルンが 95% 以上の市場シェアを持っていたため、結果は ~80 kWh t-1 セメントでした52。中国は、セメント分野で余剰熱回収（EHR）技術を導入する先進国です。国内クリンカー生産能力のほぼ 90% に EHR が導入されており、省エネルギーに大きく貢献しています17。インドには、粉砕、原料粉砕、仕上げ粉砕のための最先端の設備があり53,54、大幅な電力節約につながっています。

a は、1990 年から 2015 年までの国ごとに生産されたセメント 1 トン当たりの平均 CO2 排出量を比較しています。ここでは、各国のセメント生産による CO2 排出量の合計 5 を、その国のセメント総生産量で割っています 47。 b は、2018 年に生産されたセメント 1 トンあたりの電力使用量を示しています。データは国際エネルギー機関から収集されました79。

中国における環境への影響の進展は、CMT のアップグレードによってもたらされる顕著な利点を示す強力な証拠を提供します。私たちの地域分析により、セメント生産地に対する環境への影響が明らかになりました。これは、特に天然資源の開発や、地元の化石エネルギー消費や土壌や水に排出される重金属などの汚染物質にとって重要です13,26,27,28。これらの調査結果は、政策立案者がよりクリーンな生産を促進するための具体的な措置を提案するのに役立ちます。例えば、重金属で汚染された土壌は、ポルトランドセメント生産における粘土の代替品として、局所的な重金属汚染を処理するために使用できる可能性がある15。 2030 年に向けて、中国のセメント需要は減少傾向を示す55。現在、セメント生産の大部分は中国の NSP ロータリーキルンを利用しており、さらなる CMT 開発の余地はほとんど残されていません 13。中国のセメント産業の更なる緩和戦略は、革新的な汚染削減技術（例えば、再生可能エネルギー、炭素回収、貯蔵技術56,57）をより適切に適用し、最新のコンクリート技術を適応させたセメント製造に適切な原料と燃料の代替品を選択することに焦点を当てるべきである。カーボンニュートラル目標。ライフサイクルの観点から見ると、環境製品宣言 (EPD) などのグリーン建築材料の認証は、低炭素セメント製品に有利な政策手段の設計にさらに利用できる可能性があります58。

世界的な観点から見ると、地方自治体がセメント業界に対応する緩和戦略を提案する前に、CMT 市場シェア分析を通じて主要な環境負荷を特定することが不可欠です。一方で、シャフトキルンやその他のロータリーキルンが主導するセメント市場における環境への影響を軽減するには、CMTの高度化の加速や大気汚染物質の排出基準の改善などのアプローチを優先する必要がある。私たちの地域分析では、セメント製造による環境への影響の主な要因として、旧式のシャフトキルンと新しい技術の欠如が挙げられていることがわかりました。例えば、ベトナムは世界のセメント生産能力の 8.3% を有しており、この能力の大部分はシャフトキルンによって支えられています47。したがって、CMTの急速な革新に伴う環境影響の軽減が大幅に改善されます。技術に加えて、市場の低迷と過剰生産能力も、一部の発展途上国のセメント産業に影響を与える深刻な障壁となっています。セメント企業の生産能力の統合や老朽化したセメント工場の段階的廃止などの措置を検討すべきである。一方で、NSP ロータリーキルンが主要な CMT である国にとっては、主要な汚染物質 (CO2、SO2、NOX など) の協力的なガバナンスが極めて重要です。 EHR技術機器の増加、低炭素集約型燃料への切り替え、水分含量の低い代替燃料の選択43,59、補助装置（コンベヤ、エレベータ、ブロワー、コンプレッサー、ポンプなど）のエネルギー効率の向上60、高度な粉砕の採用技術（例えば、高圧粉砕ロールや垂直ローラーミル）は、現在広く使用されているボールミルと比較して 50 ～ 70% の電力を節約します61。さらに、私たちの研究は、世界中で利用可能な最も効率的なキルンである NSP セメントキルンが、光化学オキシダントを軽減するために、低窒素燃焼、段階的燃焼、選択的接触還元 (SCR) 技術などのさらなる努力を依然として必要としていることを示しています62。

私たちは、この研究には次のような限界があることを認識しています。 3 つの主要な CMT の市場シェアに関する情報が限られているため、1996 年から 2021 年までの各州の CMT の発展傾向をシミュレートするために線形回帰モデルが採用されました。さらに、セメント製造の全国的なライフサイクルインベントリが適用されます。各州のライフサイクルインベントリの欠如。したがって、これらのデータを補足および更新するには、地元のセメント協会や企業をさらに調査する必要があります。さらに、さまざまな製造要件を持つセメントカテゴリ (例: 32.5、42.5、52.5) は地域によって異なります。したがって、さまざまなセメント製品の製造による環境への影響はおそらく同じではありません。したがって、さまざまなセメントカテゴリーの地域消費構造とそれに対応する環境負荷については、さらなる研究が必要です。

私たちは、1996 年から 2021 年までの国および地方レベルでの CMT の進化を図示しました。研究は、中国が過去数十年間にセメント産業において、シャフトキルンやその他のロータリーキルンから、2021年のCMT市場の約99%を占めるNSPロータリーキルンへのよりクリーンな生産移行を経験したことを示唆しています。地域分析に基づいて、その結果、山西省や寧夏などの西部および北部の省では、経済が未発達で石灰石資源が不足しているため、東部や南部の省に比べてセメント生産量が少なく、CMTの整備が遅れているようであることが示された。

私たちの調査結果では、3 つの主要 CMT によるセメント製造が環境に与える影響を特定しました。その結果、FD、CC、POF が主な効果であることがさらに確認されました。 NSP ロータリーキルは、シャフトキルンや他のロータリーキルに比べて環境に優しいものでした。 CMT のアップグレードにより、主な影響は FD から CC に移りました。ただし、NSP ロータリーキルンは、光化学オキシダントを軽減するためにさらに注意を払う必要があります。さらに、土壌と水に関連する局所的な影響は主に TA と TE です。州の観点から見ると、セメント製造の環境負荷はセメント生産および CMT と密接な関係があることが示されました。

この研究では、中国におけるセメント製造の近代化によって得られる環境上の利点を調査しました。研究では、先進的な CMT (NSP ロータリーキルンなど) の採用がセメント製造において環境面で顕著な利点をもたらすことが示されました。対照的に、PMF は CMT アップグレードの最も顕著な受益者となっています。 NSP ロータリーキルンの採用と拡張により、2021 年までに PMF で最大 53%、TA で 47%、TE で 34%、POF で 30%、CC で 29%、HT で 25% の累積削減が達成されました。さらに、約 2,270 Bt の化石燃料と 28 Bt の淡水が節約されました。次に、各国の環境負荷を比較しました。その結果、セメント部門における先進技術（EHRなど）の導入により、中国のセメント生産1トン当たりのCO2排出量と電力使用量が他のほとんどの先進国よりも低いことが実証されました。

結論として、私たちの調査結果は、技術革新、よりクリーンな生産、持続可能性政策の設計のための環境負荷軽減戦略を提供することにより、持続可能な開発を促進し、世界のセメント産業のグリーン移行を加速するでしょう。

2005 年から 2009 年までの NSP ロータリーキルンの市場シェア63 (補足表 4) に基づいて、線形回帰モデルを採用して、2001 年から 2021 年までの中国の NSP ロータリーキルンの市場シェアを分析しました (詳細と結果は補足方法に示されています)。。次に、NSP ロータリーキルンの市場シェアの結果に基づいて、2006 年と 2012 年の現地調査を使用して、各州のシャフトキルンおよびその他のロータリーキルンの市場シェアと年間成長率を推定しました (補足表 1)。シャフトキルンの市場シェアは式(1)で計算できます。 (1)。

ここで、q は中国の省です。 \({L}_{j}^{q}\) は j 年における q 州のシャフトキルンの市場シェア、\({N}_{j}^{q}\) はj年、q州のNSPロータリーキル。 \({l}_{2006}^{q}\) と \({l}_{2012}^{q}\) は、2006 年の q 州におけるセメント企業のシャフトキルンの設計能力の割合を表します。それぞれ2012年。 \({h}_{2006}^{q}\) と \({h}_{2012}^{q}\) は、2006 年の q 州におけるセメント企業の他のロータリーキルンの設計能力の割合です。と2012年にそれぞれ。

NSP ロータリーキルンに基づくセメント生産は、2000 年以前の全国セメント生産量の 10% 未満を占めていたため 6,10、2000 年以前はシャフトキルンとその他のロータリーキルンのみが考慮されていました。海南省、天津市、台湾省は含まれていないため、中国セメント年鑑63には含まれていない。 CMT の市場シェアに基づいて、さまざまな CMT による国内のセメント生産量は式 (1) で求めることができます。 (2)。

ここで \({P}_{j}^{a}\) は j 年における CMT カテゴリ a の国内セメント生産量です。 \({T}_{j}\) は、j63、64、65 年の中国のセメント総生産量です。 \({C}_{j}^{a}\) は、j 年における CMT カテゴリ a の全国市場シェアです。

LCA は、環境への影響を測定するために最も広く国際的に受け入れられている、最も使用されているタイプの評価です66。 LCAモデルは、資源採掘、原料準備、クリンカ焼成、セメント粉砕から構成されます（図5）。輸送およびセメントの梱包プロセスは LCA 境界に含まれません。普通ポルトランドセメントの生産量が中国のセメント総生産量の 98% 以上を占めるため、機能単位は普通ポルトランドセメント 1 トンである30。中国の主要なタイプのセメント窯のライフサイクル目録は、先住民学者 Gong67、Yu68、Li41 によって実施された研究から収集されています (補足表 2 を参照)。セメント製造プロセスの LCA は、Gabi ソフトウェア v10.5 によって実行されます。ここでは、ReCipe2016 v1.169 の Midpoint(H) メソッドを採用して、3 つの主要 CMT の環境影響特性を分析します。この研究では、8 つの影響カテゴリーが選択されています:気候変動 (kg CO2 eq.)、化石資源の枯渇 (kg eq.)、光化学オキシダント生成 (kg NOx eq.)、陸地の酸性化 (kg SO2 eq.)、粒子状物質の形成(kg PM2.5 eq.)、人体毒性 (kg 1,4-DCB eq.)、陸上生態毒性 (kg 1,4-DCB eq.)、および淡水消費量 (m3)。これらの影響は、セメント製造による最も高い環境影響として特定されています28,70,71,72,73。

セメント製造のバリューチェーンには、資源採掘、原料準備、クリンカー燃焼、セメント粉砕の 4 つのステップが含まれます。インベントリは 2 つの側面で構成されます。エネルギー、材料、水の投入です。大気、水、土地への排出量。

続いて、中間点での環境影響の正規化が実行され、さまざまなカテゴリの総影響に対するセメント製造の寄与が比較されます74。正規化では、各影響カテゴリの特徴付けられた結果が選択された基準値 (R) で除算され、すべての結果が同じスケールになります 28 (式 (3))。このプロセスは結果を解釈するのに役立ちます。私たちの研究における正規化係数は、ReCipe2016 v1.1 中間点正規化世界レベル 201075,76 を参照しています。

ここで \({N}_{e}\) は環境影響 e の正規化結果です。 \({C}_{e}\) は、環境への影響 e の合計の大きさです。 \({R}_{e}\) は、環境影響カテゴリ e の正規化係数です。

シナリオ分析は、環境影響評価における戦略的思考を促進し、主要な利害関係者が参加する統合計画プロセスをサポートするための重要なツールとみなされています77。 LCA の結果に基づいて、CMT アプリケーションの貢献を 2 つのシナリオで明らかにできます。想定シナリオは、シャフトキルンとその他のロータリーキルンの市場シェアが 1996 年から 2000 年の平均パーセントであると仮定して、2000 年以降に CMT のアップグレードがない (つまり、NSP ロータリーキルンがない) ことを表しています。「状況」と「想定されるシナリオ」を表 1 に示す。次に、中国における CMT の進化による環境への利益を特定するために、環境への影響を比較する。

パリ協定では、気候に対する温室効果ガス排出ストレスを評価するための主要な指標として CO2 が使用されています78。図 2a に示す結果によれば、気候変動がセメント製造の主要な環境影響として特定されています。したがって、CO2 排出量は、国ごとのセメント生産量 1 トンあたりを比較するための典型的な環境影響として選択されます。しかし、他国における CMT の構造とそれに対応する環境負荷に関する情報はほとんどありません。比較可能性を高めるために、各国のセメント生産による CO2 排出総量 5 をその国のセメント総生産量 47 で割ります (式 (4))。さらに、国際エネルギー機関 79 から直接収集した 2018 年のセメント 1 トン当たりの国別電力量を使用して、各国間のセメント製造のエネルギー消費と環境負荷をさらに比較しました。

ここで \({E}_{j}^{m}\) は j 年における m 国のセメント生産による平均 CO2 排出量です。 \({I}_{j}^{m}\) は、j5 年における m 国のセメント生産による CO2 総排出量です。 \({T}_{j}^{m}\) は、j47 年の m 国のセメント総生産量です。

この研究で生成および分析されたデータセットは補足情報でさらに詳しく説明されており、Figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.20580399.v1) で入手できます。中国の省別のセメント生産量は、中国セメント年鑑63、中国建材産業年鑑64、中国国家統計局（http://www.stats.gov.cn/）65から収集されている。国別のセメント 1 トン当たりの電力量は、国際エネルギー機関 (https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/electricity-use-per-tonne-of-cement-in-selected-) から入手できます。国と地域-2018)79.

すべての地図図は Tableau ソフトウェア (2021) で作成されました。ここで実行されたライフサイクル評価分析では、標準ソフトウェアパッケージである Gabi (v10.5) が使用されました。

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この研究は、中国国立自然科学財団 (71974129、71991484)、上海浦江プログラム (20PJ1412000)、および上海高等教育研究所の特別任用プログラム [東方学者] によって財政的に支援されました (TP2020049)。

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ガン・リウ

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BH が研究を設計しました。 XXは原稿を書きました。 XXとBHはすべての図を描きました。 LL は州の CMT データを収集しました。 BH、GL、ZC、XG、RM、LD が原稿を改訂しました。 XX、YC、YW が計算と分析を行いました。

黄北佳さんへの対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。 Gang Liu は Communications Earth & Environmental の編集委員ですが、この記事の編集レビューや掲載の決定には関与していません。

Communications Earth & Environmental は、この研究の査読に貢献してくれた Ujjwal Sharma と他の匿名の査読者に感謝します。主な編集者: Alessandro Rubino、Joe Aslin、Heike Langenberg。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

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転載と許可

Xu、X.、Huang、B.、Liu、L. 他。中国におけるセメント製造の近代化は、環境面での大幅な改善につながります。 Commun Earth Environ 3、276 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s43247-022-00579-3

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受信日: 2022 年 3 月 4 日

受理日: 2022 年 10 月 10 日

公開日: 2022 年 11 月 17 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-022-00579-3

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