水泥工業“四零一負”理念的前世今生與未來

  --回眸“四零一負”提出20年

  一、我的主要技術經歷和工作背景

  本人高長明，1933年生于上海。1940~1951年就讀于上海圣約翰大學的附小和圣約翰中學，少年住校與英美同學同班共上課共文體12載，自然鑄成了我嫻熟堅實的英語基礎，受用一輩子。1955年畢業于南京工學院化工系，是我國水泥工藝專業的第一屆大學生，分配到建材部北京水泥設計院從事設計科技工作，至今已逾60年。

  1979年5月通過了聯合國工發組織（UNIDO）第一批援華培養高級技術人才計劃項目的英語技能水平考試（由英國牛津大學的6人測試小組進行集體筆試7小時，單獨口試20分鐘，參考人數共12人，由12個部委各派1人），獲得為期5年的對世界發達國家現代化水泥生產技術進行全面系統考察、訪學和工作實踐的高額資助。于是相繼對日本、西德、美國、丹麥、瑞士、法國、英國、加拿大、土耳其、伊朗、泰國、印尼、意大利、西班牙、奧地利、澳大利亞、巴西、墨西哥等國的跨國水泥公司、著名水泥裝備制造公司、水泥研究設計中心、各國水泥（混凝土）協會、以及各國先進現代化水泥廠進行了深入的現場考察調研；還分別在幾家世界一流的老牌跨國水泥公司和水泥裝備公司的研究設計生產部門參與了2~3個月的實際技術工作實踐；期間向UNIDO陸續提交了各種考察訪學工作報告10余份，均為內部油印本。

  1984年，受建材部委派赴當時世界上技術裝備與自動化水平最先進的伊拉克的年產水泥200萬噸的卡爾巴拉水泥廠任中方首屆生產經理，主管全廠生產技術管理工作，經歷了從調試、性能考核、試生產到全廠正常生產的全過程。為了便于中方第一屆各專業的工程師盡快地掌握先進技術，以及后續各屆赴卡廠人員的順利交接班，在本人任期中利用業余時間共編寫了該廠的《生產技術管理手冊》、《質量控制系統》、《化驗室工作規范》、《中控室操作員工作規程》以及《全廠主要設備的結構、性能、操作、維修簡要指南》等技術資料共6大類近30冊，限于當時卡廠的條件，全部都是手寫本。后來為了修訂完善這些技術資料，我延期回國3個月。同時也是為了給來接班的第二屆的工程師們更多的培訓。這批手寫本資料及其手抄本，中方歷屆人員代代相傳沿用了7~8年，直到1992年中方最后一屆人員全部撒離卡廠，這批被歷屆中方工程師們翻閱得將近“破爛”的手寫手抄本技術資料全部丟失于戰禍中。

  上世紀60年代到90年代，本人作為科研項目主要負責人完成了10多項試驗研究工作，其中3項獲1978年的全國科技大會獎，2項分別獲得1985年和1993年的國家科技進步二等獎。撰寫試驗研究報告和調研報告20余份，大部分是內部油印本。

  在我剛參加工作的最初3年中，主要從事水泥廠工藝設備選型與車間裝備布置圖設計工作，之后就轉向水泥原燃料工藝性能試驗研究和科技研發工作。1980~1995年全面負責天津水泥工業設計研究院的科研技術指導與組織管理工作，組織撰寫了全院的“六五”、“七五”、“八五”、“九五”科研規劃，以及重大項目的選題研究報告等共8份。著重抓國家水泥科技重點攻關項目的申報、實施與成果鑒定推廣應用等工作。1990年前后，在國家建材局領導下，籌劃組織了對國外先進的20項現代水泥工業關鍵裝備的技術與制造許可證的引進談判，最終簽約并付諸實施。

  此外，在本人從事水泥科技工作的60余年間，先后編著出版了多本專業圖書，在中外期刊報刊上發表了技術文章約360篇，內部譯文近240篇。

  以上這些親筆撰寫的各種試驗研究調研報告和技術材料，加上歷年搜集整理歸納的各種技術資料，以及20多本閱讀與學習筆記等，粗略統計，包括文字、圖表、照片、幻燈片、ppt講稿和設計圖紙等，總計有超過2500萬字的篇幅。之所以不厭其煩的羅列這些“流水豆腐賬”，旨在向廣大同仁和讀者交代本人何以會提出水泥工業可持續發展戰略--“四零一負”理念的技術經歷與工作背景。

  二、“四零一負”的萌發及其來由

  應該說，在本人1996年正式提出“四零一負”理念之前，有一段歷時10多年的思考探索醞釀期。1985年前后，當我真切地了解掌握了世界水泥先進生產技術以及主要發達國家水泥工業發展史以后，結合我國當時水泥工業的狀況與歷史。隱隱約約地似乎總有一些疑問日日夜夜縈繞在腦海中。那就是水泥工業的發展方向在何方？技術進步的途徑如何甄選才能有的放矢？怎樣實現可持續發展？最優化的戰略方針是什么？我國水泥工業如何發揮后發優勢，早日趕超世界先進水平，后來居上？如此等等。這是當我考察諸國視野大開后，為探求水泥工業的未知世界，自然的職業追求和個人興趣所使然。

  經歷了10多年的鉆研、消化、沉淀與積累，那些圍繞著我腦海的模糊羈絆逐漸被理清，顯出了條理，原先朦朧的柵欄日益清晰展露出嚴整的架構。不知不覺中我沿著環保、節能、降耗、增效、利廢、降污、低碳、減排的思路逐步地搜索、挖掘、篩選、甄別、鎖定了四個“零”為突破口。10年磨一劍，終于水到渠成，于無聲處聽驚雷，醍醐灌頂，使我恍然大悟，茅塞頓開。那些日夜魂牽夢繞的難題悄然迎刃而解。這個“錦囊妙計”不就是“四零一負”嗎？！然而為了慎審嚴謹，避免疏忽錯漏，短暫慶喜之后我立即回歸到冷靜清醒。還要從多方面多視角地審查“四零一負”這一解決方案的正確性、可行性和可操作性問題。于是就這樣又將其“冷處理”了將近1年。這期間我以旁觀者第三方的心態冷靜分析，進而為“四零一負”理念的確立梳理了更多的客觀上的論據和理由。即“四零一負”有客觀存在的事實，這是最有說服力的，雖然當時類同的案例尚很少，但這無妨其發展的大方向；根據理論計算，揭示其技術效率和經濟效益尚有較大的提升空間和潛力，說明這不是空想，有理論和計算數據支撐；要算全社會的環保大賬，不應拘泥于水泥行業自身的小賬，這種情況下政府對此可以采用相應的激勵扶持政策，有德國的經驗可以借鑒；“四零一負”本身作為一項整體的系統工程，其中包含5個子系統，目標明確正確，實際可行可操作。邏輯嚴謹，推理有據，有利于實現社會、環境、水泥工業三方互利共贏。

  至此，筆者1985年給自己所提出的一連串思考題，經過孜孜不倦，細水長流地一番探索，到1996年終于給自己交出了一份比較滿意的無形的答卷。

  1996年秋，在德國杜塞爾多夫德國水泥研究院主持召開的一個小型國際技術交流會上，我即興發言講了一小段話，其中首次口頭闡述了“四零一負”的構想。其實這是一種自我認知基本完成后的自然流露，事前并未做準備。但是這之后，我下意識地將其拓展論述，撰寫了“論水泥工業可持續發展戰略”和“21世紀水泥工業的歷史使命一一轉向綠色工業協建仿生群落體”的文章，分別發表在我國《水泥技術》和《水泥》1997年第1期上，其中首次正式書面提出了“四零一負”的理念。此乃其“來龍”也，“去脈”如何，敬請詳見下文。

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  三、“四零一負”的推進與對其基本達標的預測

  所謂“四零一負”理念，即水泥工業可持續發展戰略應為，在水泥生產的過程中同時還要力爭（或必須）實現：對水泥廠周圍生態環境的“零污染”；對外界電能的“零消耗”；對廢水廢料廢渣的“零排放”；對化石燃料的“零消耗”；以及對全社會各種廢棄物（例如礦渣、粉煤灰、電石渣、赤泥、脫硫石膏、城市垃圾、工業廢料廢渣廢油、危廢等）的“負增長”做出較大的貢獻；亦就是在水泥（或熟料）生產的同時還要發揮“四零一負”的功效。水泥工業要充分發揮利用其固有的生產獨特性，有意識有目標地部署組織開展一系列的科技創新與研發項目，爭取早日最大限度地實現“四零一負”，成為全社會循環經濟的重要樞紐。

  應該指出，在整個重化工業領域中對社會能提供一定程度“四零一負”功效的，迄今僅有水泥工業這一行業，其對全社會的環保和清潔低碳生產具有獨特的貢獻，獲得許多國家，尤其是發達國家技術政策的支持與激勵。我們要加緊創新研發，為水泥工泥早日基本實現或接近100%的實現“四零一負”而努力。同時“四零一負”的目標對促進和鞭策水泥工業的可持續發展也具有重要的戰略意義。所以我們必須高度重視和加強有關“四零一負”的各項研發工作。

  回想1990年前后，所謂“四零一負”朦朧景象正在歐洲開始萌動，世界水泥工業領域中只是少量零星地有所表現。那時歐美發達國家水泥工業的單位水泥粉塵排放均在0.3kg/t.c.（~130mg/Nm³）左右，我國的則高達20kg/t.c.（>8000mg/Nm³超標數十倍竟然習以為常）。水泥工業無可爭辯的是屬于高污染的傳統產業。至于其他污染物（NOx  、SO₂ 、VOC、F-、Hg等）對環境的影響則尚未顧及研究。水泥窯廢氣余熱發電技術雖已在日本興起，但其效率較低，噸熟料發電量大都在25kWh/t.cl.以下，成本較高，尤其是在火力發電技術先進的發達國家更顯得經濟效益太低，難以推廣。在廢水廢料廢渣方面，水泥廠對外的排放量歷來就不多，只要重視，努力一把是可以做到對其實現“零排放”的。事實上，這一點當時在諸多發達國家基本上已經做到了。至于采用社會各種可燃廢棄物用作替代燃料（除美國有些水泥廠燒廢輪胎外），那時在歐洲發達國家只有少數幾家水泥廠正在少量替代試驗之中，完全談不上什么對化石燃料100%的替代率或“零消耗”的奢望。采用替代原料的情況也為數極少。此外因為水泥工業歷來有摻用混合材的傳統習慣，所以其對社會某些工業廢棄物（例如礦渣和粉煤灰等）的消納利用--“負增長”是有較大積極作用的，而且是具有進一步拓展空間和潛力的。總之，當時（1997年）即使是發達國家先進水泥工業的實際情況與“四零一負”的戰略目標也是相距甚遠的。聯系到我國那時立窯仍然“一統天下”的情況，于是不少同仁感覺這個“四零一負”的設想聽起來似乎很美妙，實際上很可能只不過是“天方夜譚”而已。

  本人完全理解當初有些同仁，特別是仍抱有所謂立窯情結的諸位同仁們對“四零一負”是否可能實現的高度質疑。有的還認為這是異想天開，太不靠譜。任何新事物從破土萌芽到成長壯大都必須經歷一番艱辛的歷程，只要筆者所判斷預測的水泥工業科技發展方向是基本正確的，是符合水泥科技發展客觀規律的；那么本人對“四零一負”的實現性是始終充滿信心的，最多只不過是對實現這一目標所須時間長短估計的差異罷了，也就是須要20年、30年還是50年的問題，并不是要不要或行不行的問題。因為這是基于諸多客觀萌芽狀態新事物苗頭的科學分析，認為這些苗頭演變發展最終結果“四零一負”的發生是大概率事件而得出的結果和預測。

  事實上，在我多年鉆研思考“四零一負”構想的醞釀及其最后形成定稿的漫長過程中，始終得到前輩專家吳中偉、朱祖培、劉公誠、高世雄、馮修吉、胡宏泰等老先生的親切鼓勵和指導，他們的音容笑貌至今仍歷歷在目，我將永遠銘記在心。

  根據世界水泥工業科技進步的現狀及其發展趨勢，現在看來，本人20年前的判斷預測以及“四零一負”理念的提出，與現今世界先進水泥工業的實際情況及其科技進展水平相比較，兩者總體上是符合一致的。對此本人甚感欣慰，現今的事實證明，筆者當初并非“異想天開”，而是科學分析的理性預測。

  筆者并不認為“四零一負”理念是一個什么了不起的構想，只不過是經過一番認真的思考研究探求后，對水泥工業可持續發展客觀規律的個人認知在廣度和深度兩方面不斷提煉升華的一種歸宿。現在看來，關于水泥工業可持續發展的特征或路徑問題，國內外專家學者似乎都有各自的表述，但大都均未定型。“四零一負”則是一種最早的定型的表述。2009年聯合國世界可持續發展工商理事會（WBCSD）和水泥可持續發展倡議（CSI）合作研究發表的《2050世界水泥工業可持續發展技術路線圖》的理念與內容則和“四零一負”的不謀而合，基本上大同小異，只是有些表述的用詞不盡相同。

  茲將1985~2015年，發達國家與我國水泥工業在“四零一負”方面的科技進步及其完成度的初步估算列舉于表1中。其中“四零一負”各項完成度的計算基準分別為：對環境“零污染”的以各種污染物的排放量均達到在自然生態環境中完全可以自凈化的程度為100%；對外界電能“零消耗”的以噸熟料余熱發電量等于生產噸熟料所需的總耗電量為100%；對廢水廢料廢渣“零排放”的以完全沒有污水廢料廢渣排出為100%；對化石燃料“零消耗”的以熟料煅燒所需的熱能完全來自替代燃料為100%；對社會廢棄物“負增長”的以噸水泥各種廢棄物利用總量達600kg（干基）為100%計。

  由此可知，經歷全世界水泥科技工作者不懈地研發創新，“四零一負”的戰略目標在發達國家現已將近基本實現，即其中對周圍生態環境“零污染”的完成度約為90%；對外界電能“零消耗”的完成度卻仍然維持在6%以下，這是因其外購電價低于其余熱發電成本所決定的，但水泥窯的余熱多數均回收用于工廠附近居民區的供熱和空調，其余熱回收利用率往往更高；對外界廢水廢料廢渣“零排放”的完成度己近100%；對化石燃料“零消耗”的完成度約為60%；對全社會各種廢棄物“負增長”的完成度約為55%，而且其中混合材、替代燃料和替代原料三者的比例較合適。水泥工業在全社會循環經濟中的樞紐作用日益顯著。水泥工業在社會公眾中的口碑遠比我國的好很多。

  同期在我國，“四零一負”的進展與完成度的提升則比較迅速。其中對環境“零污染”的完成度由1985年的10%上升到2015年的60%，國家工信部于2015年7月已摘除了水泥工業為高污染行業的帽子，但是其總體與國際先進的差距仍較大，特別是粉煙塵（含PM2.5）排放長期嚴重超標，亟待正視，必須花大力氣根治；廢水廢料廢渣“零排放”的完成度我國已達約80%；在余熱發電，對外界電能“零消耗”的完成度較高，已達55%，因我國火力發電效率比發達國家的低不少，外購電價貴得多，故而水泥窯余熱發電的采用率較歐美國家高得多，已達75%以上，噸熟料平均發電量為32~38kWh/t.cl.；然而在采用替代燃料，實現化石燃料“零消耗”方面，我國的完成度卻低到1.0%以下，仍然處于艱難的起步階段，與國際水平（60%）相差懸殊，所幸國家的技術政策已經發覺應于有所激勵，正在研究改進之中；關于對社會廢棄物“負增長”的貢獻方面，我國的完成度約為65%，不過其中混合材占比高達94%，替代原燃料利用量太少，亟需改進。

  我國還有一個水泥企業理應向社會公眾提交年度環境報告的老大難問題應于盡快解決，這是考察企業履行社會責任優劣的重要準繩，希望央企和國企拿出敢于擔當，敢于帶頭公布本企業年度污染物排放信息的勇氣，不要再拖延觀望猶豫了。政府也應加強引導監管，敦促實施。

  匯總研究分析各方面的信息，筆者估計，水泥工業基本實現或接近100%的實現“四零一負”的目標所需用的時間不會太久了。發達國家可能在今后5~10年內得以完成（除對外界電能“零消耗”外），我國則可能還需10~15年。這也印證了過去30年來，我國水泥工業總體上已有很大的提升，與國際先進水平的差距大大縮小。抓緊做好“四零一負”這個系統工程，特別須要在擴大采用替代燃料和嚴厲降污（特別是粉煙塵）減排兩大領域，花大力氣補上這兩大“短板”。不必熱衷于新制定所謂“世上最嚴”的污染物排放標準，首先必須切實真正地實施現行的標準，監管必須是真正的“火眼金睛”不能總是淪為“棉花棒”。排放標準再先進，不認真實施和監管，又有何用？空談誤國，實干興邦。只要實實在在的補強并徹底消除我國水泥工業的各項“短板”，趕超國際先進水平，屆時也就是水到渠成的事了，所謂后來居上才能得以令世人誠服地實現。

  總之，“四零一負”前景樂觀，信心更有把握，對其發展進程的預測筆者的底氣也更足了。以上愚見愿與同仁商討分享，尤其要向年青的水泥同行們學習。文中幾多正確？幾多謬誤？歡迎評議斧正。當然最終還必須經歷時間和實踐的檢驗與考證，讓我們拭目以待。

  參考文獻：高長明“四零一負”主要文章選

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  3. 論水泥工業可持續發展戰略           《水泥技術》1997 No.1 P.1~5

  4. 環保型及互聯網型一一新經濟時代的水泥工業  中國建材報2000.07.07一版

  5. 當代水泥工業發展方向一一環保補償+個性化服務+電子商務

  《水泥技術》2000 No.1 P.9~12

  6. 水泥混凝土生命周期環境評價          《水泥》 2002 No. 11

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  9. 水泥工業對循環經濟的貢獻與展望            中國建材報 2009.03.31

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  11. 對<2050世界水泥工業可持續發展技術路線圖>的分析評議   中國建材報 2010.03.31

  12. 再論生態文明與水泥工業                《水泥工程》2013 No.8

  13. 2050我國水泥工業低碳技術成效的研究   中國建材報 2010.08.05 二版

  14. 中國水泥工業環境報告不可空缺         中國建材報 1014.01.20 三版

  15. 水泥窯協同處置垃圾問題的再釋疑         《水泥》 2015 No.6 P.6~8