一、机会

非洲绿色水泥和混凝土的机遇受到四个关键因素的驱动：

1）市场需求（预期建筑量），

2）行业年轻化，使工程师和新水泥厂能够学习全球最佳实践，

3）水泥供应链高度本地化，非洲已经拥有大型、成熟的水泥企业，

4）石灰石供应有限，适合替代低碳水泥生产的天然材料丰富。

非洲建筑业正竞相建设住房和基础设施，以满足2050年新增10亿人口的需求。预计2050年非洲大陆的建筑存量中，约有80%尚未建成，2并且非洲目前面临至少5000万套经济适用房的缺口，到2030年，这一缺口可能上升至1.3亿套。3虽然本文重点关注这些建筑中使用的水泥和混凝土，但要建造下一代性能更佳、更经济实惠、碳排放更低的建筑，还需要更多材料和创新。先进的制冷解决方案（主动和被动）、碳储存建筑材料或其他创新材料也发挥着类似的作用。这些领域已经成熟，值得进一步探索和投资。

预计到2050年，非洲的建筑热潮将推动水泥需求增长230%（图表1），按照目前的方式，每年将产生4.6亿吨的碳排放量——大致相当于美国2024年的二氧化碳排放总量。

在当今的水泥厂中，约三分之二的水泥排放来自原材料——石灰石在1450°C或更高的水泥窑中煅烧时会释放二氧化碳——其余排放则来自设备运行和达到这些极端温度所需的热能和电能。通常，煤炭或其他化石燃料用于供热。新兴的气候技术可以通过低碳、低成本的电力，实现供热的电气化。

无论采用何种工艺，为满足日益增长的需求而新建的水泥厂都需要可靠的电力来源，每年约需100至1000吉瓦时。如此巨大的电力需求可以催化对低成本可再生能源的新投资：电窑水泥所需的电力是传统工艺的5至10倍。5通过与水泥生产商共同规划，作为主要承购商，能源开发商可以降低收益风险，并为其项目获得更好的融资。至关重要的是，这些项目的作用远不止为工厂本身供电。过剩产能可以输送到电网或服务于附近的社区和企业，从而改善接入条件，降低系统成本，并增强其他用户的可靠性。工业负荷越大，扩大清洁能源基础设施规模、惠及所有人的机会就越大。

尽管非洲的水泥和混凝土行业相对年轻，但已经有一些成熟的企业，包括海德堡材料公司、霍尔希姆公司和丹格特公司。其中许多企业无法获得足够的国内石灰石（传统水泥的关键成分），这不仅增加了对进口水泥的依赖，也推高了混凝土的成本。相反，他们拥有丰富的资源，适合用作辅助胶凝材料（SCM）或用于生产地聚合物混凝土。

二、有前景的创新领域

降低混凝土成本和排放，首先要减少建筑物中混凝土的使用量，然后在需要使用混凝土的地方减少混凝土混合物中的水泥用量，最后尽可能采用传统水泥的替代品。图2总结了绿色水泥和混凝土的几个创新领域。在非洲，我们认为其中三个领域前景尤其光明：(1) 优化软件和教育，(2) 增加供应链管理 (SCM) 的使用，以及 (3) 推进替代水泥的发展。

采用这些创新技术需要融入当今的施工现场实践：在拉各斯、内罗毕或比勒陀利亚的大多数建筑工地，混凝土都是手工或使用小型搅拌机搅拌的。这导致混凝土质量参差不齐，水泥用量过大。这也意味着，简单地引入水泥和骨料比例一致的预拌混凝土是容易实现的目标，而通过优化或人工智能，可以更进一步。

三、优化和教育软件

除了物理的“硬技术”解决方案之外，人工智能和机器学习还可以帮助优化建筑设计、混凝土混合料和水泥厂运营。Beacon（由结构工程公司Thornton Tomasetti开发）和Generate等工具可以用来设计混凝土用量减少24%至40%的建筑。6一旦建筑所需的混凝土量达到最低，下一步就是确保混凝土混合料本身得到优化，将骨料和水与仅需适量昂贵且排放密集的水泥混合。

全球约有 42% 的水泥以袋装形式出售，然后在施工现场在各种条件下进行混合，而且通常由未经培训的人员进行混合，无法确保水泥的比例正确。7这意味着许多混凝土混合物使用的水泥远远超过结构所需。只需从现场混合转换为卡车或袋装预拌溶液，就可以减少 20%-30% 的浪费。8然后，像 Concrete.ai 这样的解决方案可以进一步优化混凝土混合物，确保它们只使用结构所需的水泥量，从而进一步减少水泥使用量和成本，同时减少 30% 的碳排放。9水泥厂优化工具可以利用新水泥设施的开发和建设，从而更容易地整合新的解决方案。

四、辅助胶凝材料（SCM）

补给混凝土材料 (SCM) 是指粉煤灰、矿渣和火山灰等材料，其作用类似于水泥，但碳排放价格不同。它们可以替代混凝土混合物中的部分水泥。SCM 已在全球范围内广泛使用，并被建筑规范认可为一定用量。这使得它们成为一种极具影响力且可快速推广的短期解决方案。预计到 2050 年，SCM 将使全球混凝土排放量减少 22%，非洲国家将减少 26% 至 29% 。10

非洲现有企业已开始使用当地可用的供应链管理材料 (SCM)，例如火山灰、钢铁生产产生的矿渣和石灰石煅烧粘土水泥。例如，南非公司 Afrisam 开发了 Eco Readymix，与使用高性能水泥和碳中性矿物成分混合的典型工业混凝土相比，其排放量减少了一半。11乌干达初创公司Eco Concrete 正在开发新型供应链管理材料 (SCM)，但其他创新者也拥有巨大的机会，可以利用非洲大陆丰富多样的资源（例如富含高岭土的红壤土、火山灰、铝土矿、工业废料以及农业残留物产生的生物灰）来开发 SCM。

五、替代水泥

替代水泥包括地质聚合物、生物基水泥和矿物基替代水泥（例如，使用玄武岩代替石灰石的水泥）。虽然它们可以生产出碳中和甚至碳储存混凝土，但由于规避风险以及需要额外的测试和验证，这些解决方案的上市路径更长。但在非洲，投资替代水泥解决方案可以绕过新建传统水泥厂及其带来的排放锁定问题。

加纳初创公司 Theseus Development 正在研发地聚物混凝土砌块，利用当地可利用的废铝硅酸盐，例如高岭土和长石。其成果是预制互锁墙体砌块，其隐含碳含量减少了 80%，且超过了抗压强度要求，而且生产成本低于传统混凝土砌块。

六、扩大规模的途径

水泥重量大，运输成本高。因此，水泥通常在其生产地或进口地（进口通常通过海运）150至250公里的半径范围内供应。在非洲建立本地水泥或替代水泥生产设施将减少该地区对进口产品的依赖，并降低成本。然而，创新型初创企业将难以获得建设大型工厂以实现其技术商业化所需的资金和专业知识。这时，与现有企业建立合作伙伴关系就变得至关重要，这是实现规模化的关键途径。水泥或混凝土企业拥有完善的设施和供应链，可以提供测试、试点、反馈以及潜在的许可或承购协议的机会。

例如，去年，全球水泥生产商海德堡材料公司（Heidelberg Materials）投资了EnviCore，这是一家开发供应链管理（SCM）的初创公司，旨在减少混凝土混合物中所需的水泥用量。此次合作将涉及在海德堡材料公司旗下的一家回收中心附近联合部署一个SCM试点生产设施，以验证EnviCore的技术并优化其规模化生产流程。12同样，大型水泥生产商豪瑞公司（Holcim）投资了初创公司SaltX，后者开发了一种可实现水泥生产电气化的等离子技术，旨在打造全球首家全电动水泥生产工厂。13

七、政策法规

许多非洲国家已采用欧洲或美国的混凝土标准和法规。标准化固然有益，但也意味着非洲国家目前沿用的一些规范，过去曾导致结构过度设计和不必要的水泥使用，比当今的最佳实践落后了几十年。鉴于其建筑类型相对较新，非洲国家可以根据当地情况制定世界领先的标准。14例如，基于性能的标准可以为创新型初创企业扫清许多障碍，这些企业只需证明其产品符合某些结构要求，而无需试图精确模仿普通波特兰水泥的化学特性。

八、可持续发展力量的驱动

领先的房地产开发商和企业可以通过试点项目、公司承诺、教育活动，甚至提前做出市场承诺，为更丰富、更实惠的低碳混凝土解决方案铺平道路。例如，微软签署了一项具有约束力的协议，将从低碳水泥初创公司 Sublime 购买高达 622,500 吨的产品。这笔交易降低了 Sublime 在寻求扩大生产规模时的承购风险。

政府在这方面也可以发挥重要作用，因为非洲国家公共采购支出占GDP的15%-30%。16城市基础设施和社会住房开发的公共采购可以支持创新解决方案的开发和发展，同时刺激经济活动。非洲国家正在将公共采购实践与可持续发展目标相结合，成为一项新兴的优先事项。

对于两种采购途径而言，成本都是关键。与现有方案成本持平或更低的解决方案更容易被采用，因为建筑行业、混凝土和水泥行业的利润率都很低——平均只有10%。愿意为低碳混凝土支付额外绿色费用的消费者数量不多，但一些先行者可以帮助将有前景的技术推向市场，并最终降低成本曲线。

九、开发本地 SCM 资源和供应链

本地采购的SCM材料可以替代当地资源丰富的水泥，从而快速降低传统水泥混合物的成本和碳排放。对于许多仍在进口水泥的非洲国家而言，SCM材料还可以减少对外国供应链的依赖。现有生产商已开始开发和销售使用本地SCM材料的混合水泥，包括拉法基非洲的UniCem（含煅烧粘土）和HydroCem（由回收钢渣制成），以及海德堡水泥的子公司苏伊士水泥，后者提供火山灰混合水泥。

采用SCM的部分原因是出于气候承诺，但更主要的原因是SCM的储量丰富且价格相对于水泥更具竞争力。这为新的SCM生产商提供了向现有企业大量销售的机会。这也意味着，像Theseus Development这样开发替代方法的公司可以在其产品中使用储量丰富、成本低廉的SCM，从而完全摆脱传统水泥。

本文基于洛克菲勒基金会资助的研究和会议。文中所述研究结果和结论均为作者本人观点，并不一定反映洛克菲勒基金会的立场或政策。

编辑：张瀚文

审核：李月梅、沈玉露