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[專題]水泥行業(yè)雙碳之路發(fā)展報告(新能源篇)

水泥大數(shù)據(jù)研究院 李坤明 · 2023-11-03 14:03

一、中國水泥行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)全球水泥產(chǎn)量情況

根據(jù)中國水泥網(wǎng)水泥大數(shù)據(jù)研究院統(tǒng)計,2022年全球共生產(chǎn)水泥41.6億噸,同比下滑4.23%,創(chuàng)本世紀(jì)以來最大降幅,主要受中國國內(nèi)水泥產(chǎn)量大幅下滑影響。2022年,國外水泥產(chǎn)量達20.3億噸,同比增長2.47%,增速較2021年明顯放緩。

圖1: 2022年全球水泥產(chǎn)量降幅超4%

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

2022年,中國水泥產(chǎn)量21.18億噸,同比下降10.8%。盡管中國水泥產(chǎn)量降幅較大,但絕對體量依然較大,水泥產(chǎn)量占比全球比重50.9%,超過一半。

圖2: 2022年中國水泥產(chǎn)量占比全球超一半

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

(二)中國水泥產(chǎn)量仍處高位平臺期

2001年中國加入世貿(mào)組織后,對外開放進入新階段,經(jīng)濟呈現(xiàn)高增態(tài)勢,水泥消費量穩(wěn)步增長。2008年國際金融危機爆發(fā)后,固定資產(chǎn)投資在政府強有力的經(jīng)濟政策刺激下高速增長,這有力支撐了國內(nèi)水泥需求,水泥產(chǎn)量繼續(xù)增加,并在2014年達到24.9億噸峰值,2015年之后進入平臺期,水泥產(chǎn)量基本維持在21億噸以上。2022年,受房地產(chǎn)投資大幅回落影響,水泥產(chǎn)量同步下降,降至21.18億噸,中國水泥產(chǎn)量仍處高位平臺期。

圖3:中國水泥產(chǎn)量仍處于高位平臺期

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)


二、中國水泥行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

(一)水泥生產(chǎn)碳排放環(huán)節(jié)分析

水泥生產(chǎn)過程中排放含碳量的溫室氣體主要是CO2,CO2產(chǎn)生主要在三道生產(chǎn)工序中,即生料均化環(huán)節(jié)(1%)、熟料煅燒環(huán)節(jié)(96%)、水泥粉磨環(huán)節(jié)(3%)。生料均化環(huán)節(jié)主要是把石灰石材料、黏土以及校正原料等進行粉碎均化,主要涉及電力消耗間接排放,這部分排放在整個過程排放占比較低,大約1%。熟料煅燒環(huán)節(jié)排放占比最大,在96%左右,主要包括工藝過程排放(碳酸鹽分解)、燃料燃燒排放以及電力消耗排放,在整個工序中排放占比依次為59%、36%和1%,由此可以看出碳酸鹽分解和燃料燃燒是CO2排放的主要來源,二者合計占比95%。最后是水泥粉磨環(huán)節(jié),該部分主要是電力消耗導(dǎo)致的間接排放,占比大約3%。

圖4:水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放示意圖

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

(二)水泥行業(yè)碳排放量分析

2022年,我國共排放二氧化碳110億噸,其中水泥行業(yè)排放12.6億噸,占比全國排放量11.5%,是僅次于電力(46.4%)和鋼鐵行業(yè)(20.0%)的第三大碳排放大戶。水泥行業(yè)排放的主要環(huán)節(jié)在于熟料生產(chǎn)階段,因此熟料的產(chǎn)量直接決定著碳排放量。2012-2014年熟料產(chǎn)量逐年增加,這一時期碳排放總量同步增加,2014年排放量增加至12.94億噸。2015年水泥需求下滑,熟料產(chǎn)量出現(xiàn)下降,碳排放量下降至12.19億噸。2016-2020年水泥需求整體平穩(wěn),熟料產(chǎn)量重返增勢,并在2020年創(chuàng)下15.8億噸的峰值,二氧化碳排放量同步達到14.29億噸峰值。2021-2022年水泥需求持續(xù)下降,特別是2022年水泥產(chǎn)量降幅較大,熟料產(chǎn)量下滑至14.0億噸,碳排放量12.65億噸,較2020年峰值減少1.64億噸。

圖5:2020年碳排放量達到14.3億噸峰值

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(三)噸水泥碳排放強度分析

2012-2016年,我國水泥行業(yè)噸水泥碳排放強度相對穩(wěn)定,多在510-540kg CO2/t,2017年后整體上升,2020年達到601.2kg CO2/t,隨后2021年小幅回落至588kg CO2/t,2022年水泥產(chǎn)量驟降,但噸水泥碳排放強度出現(xiàn)反彈,達到597.1kg CO2/t。整體來看,目前中國水泥行業(yè)噸水泥碳排放強度處于相對高位。

圖6:近年來我國噸水泥碳排放強度相對處于高位

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盡管我國是全球水泥產(chǎn)量和碳排放最大的國家,但卻不是噸水泥碳排放水平最高的國家。在全球主要水泥大國中,越南噸水泥碳排放強度最高,達到902kg CO2/t,印尼和日本排放強度也比較高,均在800 kg CO2/t以上。韓國、美國、埃及以及印度噸水泥碳排放強度處于中位水平,在700-800 kg CO2/t之間,中國噸水泥排放強度相對較低,但未來仍有較大的下降空間。

圖7:全球主要國家水泥行業(yè)噸水泥碳排放強度情況

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(四)水泥行業(yè)減碳路徑分析

2022年我國水泥行業(yè)碳排放量12.65億噸,比2020年高峰值14.29億噸減少1.64億噸,從各個環(huán)節(jié)貢獻度來看,過程排放和燃料燃燒環(huán)節(jié)貢獻度較高,分別為58.7%、35.67%,二者合計貢獻度超94%,因此如何減少熟料煅燒環(huán)節(jié)中過程排放和燃料燃燒環(huán)節(jié)二氧化碳排放量成為水泥行業(yè)降碳的關(guān)鍵。主要減碳路徑有以下幾個方面。

表1: 2022年相較于2020年各環(huán)節(jié)排放量減少情況

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

第一,減少熟料生產(chǎn)量。熟料生產(chǎn)階段產(chǎn)生的排放量占比全過程達95%,熟料生產(chǎn)量減少,碳排放量自然跟隨減少,減少熟料生產(chǎn)量是水泥行業(yè)降碳的最重要路徑;第二,大力發(fā)展和推廣低碳水泥。水泥生產(chǎn)過程中碳酸鹽分解產(chǎn)生二氧化碳天然不可避免,因此改變水泥品種繼而調(diào)整其中化學(xué)成分、使用鋼渣等工業(yè)固廢作為替代原料來生產(chǎn)水泥,減少石灰石材料消耗;第三,燃料替代。水泥企業(yè)主要以動力煤作為燃料,不可避免產(chǎn)生碳排放,發(fā)展燃料替代技術(shù),使用清潔能源和含碳量低的燃料替代燃煤,減少碳排放;第四,提高能效水平。改進現(xiàn)有工藝設(shè)備,大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)和使用節(jié)能設(shè)備,提高能源使用效率;第五,研發(fā)針對末端處置的CCUS技術(shù)。對末端產(chǎn)生的溫室氣體進行捕集、利用以及封存,達到回收利用的目的;第六,使用清潔電力。通過光伏、生物質(zhì)能等新能源發(fā)電,減少外購電力,實現(xiàn)間接減排。

圖8:水泥行業(yè)碳減排路徑

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從以上減排路徑可以看出,新能源在減排方面主要有兩個方面可以發(fā)力。第一:清潔電力。通過新能源發(fā)電,來滿足水泥生產(chǎn)過程中用電,間接減排;第二:替代燃料。通過使用新能源燃料替代燃煤,直接減排。

三、水泥行業(yè)發(fā)展新能源現(xiàn)狀

2022年以來,水泥行業(yè)經(jīng)營發(fā)展遇到較大困難,并將面臨需求長期下滑的局面,水泥企業(yè)積極謀求轉(zhuǎn)型升級;另一方面,盡管目前水泥行業(yè)已實現(xiàn)“碳達峰”,但距離“碳中和”尚有較長路要走,能源活動是影響碳排放的重要因素之一,如何加快節(jié)能降碳是水泥行業(yè)面臨的歷史大考。因此直接布局新能源產(chǎn)業(yè)并發(fā)展成一大主業(yè)、把新能源技術(shù)應(yīng)用到水泥行業(yè)實現(xiàn)降碳是目前水泥企業(yè)主流的兩種做法。從目前技術(shù)和商業(yè)成熟度看,光伏產(chǎn)業(yè)是水泥行業(yè)在新能源領(lǐng)域中布局的最重要板塊;其次,氫能、生物質(zhì)能行業(yè)方興未艾,水泥企業(yè)亦有涉及,但占比整體較低。

(一)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀

光伏發(fā)電作為光伏產(chǎn)業(yè)的下游,具有較大應(yīng)用和發(fā)展空間。2022年,全國發(fā)電機裝機容量2564GW,同比增長7.87%,其中光伏發(fā)電392.4GW,同比增長28.07%,占比全部裝機容量15.31%,僅次于火電和水電,位列第三。根據(jù)最新數(shù)據(jù),截至2023年9月,光伏發(fā)電裝機量已達521.4GW,超過水電裝機量421.4GW,成為第二大裝機電源,發(fā)展速度十分迅猛。

圖9:2022年各種類能源發(fā)電裝機容量情況

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

2012年之前,我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢,年裝機量不足10GW,2013年之后在歐美發(fā)起“雙反”調(diào)查和政策大力發(fā)展國內(nèi)市場利好下,光伏行業(yè)進入發(fā)展快車道,2017年裝機量首次突破100GW,達到130.8GW。2021年中國進入雙碳元年后,光伏市場發(fā)展速度進一步加快,當(dāng)年新增裝機量達55GW。截至2023年9月,光伏發(fā)電裝機量累計新增128.9GW,裝機容量達到521.4GW。

圖10:光伏發(fā)電裝機量發(fā)展迅猛

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

光伏裝機量的迅猛增長,必然帶來發(fā)電量的同步提升。2013年之前,我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢,發(fā)電量較低,不足百億千瓦時,相較于全國年近5萬億千瓦時的發(fā)電量幾乎可以忽略不計。2014年光伏發(fā)電首次突破百億千瓦時,其后光伏發(fā)電占比全社會發(fā)電量開始穩(wěn)步提升,特別是2022年之后,這一速度明顯加快。截至2023年9月,全社會發(fā)電量66219.2億千瓦時,同比增長4.2%,光伏發(fā)電量4369億千瓦時,同比增長33%,光伏發(fā)電量增速遠超社會整體,占比量提升至6.6%。

圖11:光伏發(fā)電量占比不斷提高

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

(二)水泥企業(yè)進軍光伏行業(yè)現(xiàn)狀

1.直接布局 作為主業(yè)發(fā)展

直接投資布局光伏產(chǎn)業(yè)鏈并將其發(fā)展成公司主業(yè)的水泥企業(yè)主要有東方希望和紅獅集團,主要布局光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游的硅料產(chǎn)業(yè)。其中東方希望入局較早,紅獅集團后起發(fā)力。根據(jù)測算,東方希望投資大概735億元,投資規(guī)模高居第一;紅獅集團通過收購和自建,投資規(guī)模417億元,穩(wěn)居水泥行業(yè)第二。

表2:東方希望和紅獅集團直接布局光伏產(chǎn)業(yè)情況

資料來源:水泥大數(shù)據(jù)研究院整理

2013年東方希望作出進軍光伏產(chǎn)業(yè)決策,經(jīng)過六年考察和準(zhǔn)備,2019年新疆東方希望年產(chǎn)12萬噸多晶硅項目實現(xiàn)全流程貫通,項目投料試車一次成功,進入全面投產(chǎn)運營階段。2020年以來,光伏行業(yè)迎來碳中和的黃金機遇,東方希望也逐步向光伏全產(chǎn)業(yè)鏈布局,均是大手筆投資。截至2023年,東方希望金屬硅產(chǎn)能超過60萬噸/年,多晶硅規(guī)劃產(chǎn)能近50萬噸/年,隨著新建項目的開工和投產(chǎn),預(yù)計東方希望在“十四五”期間有望成為硅料領(lǐng)域的龍頭老大。

表3:2020年以來東方希望加快光伏產(chǎn)業(yè)布局一覽

資料來源:水泥大數(shù)據(jù)研究院整理

紅獅集團進入光伏上游硅料行業(yè)時間相對較晚,2022年8月開始,紅獅集團新疆光伏項目逐步落地,將建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)2×5萬噸多晶硅裝置、配套的年產(chǎn)12萬噸原料工業(yè)硅生產(chǎn)線和3GW拉晶切片裝置,總投資102億元。同年12月,紅獅集團與亞洲硅業(yè)股東Asia Silicon Co., Ltd.簽署股份轉(zhuǎn)讓協(xié)議,受讓其持有的65.7196%股權(quán),交易完成后,紅獅集團將持有亞洲硅業(yè)總股本的68%以上,成為亞洲硅業(yè)的控股股東,截至2023年10月10日,紅獅集團已累計支付股份轉(zhuǎn)讓款約67.62 億元,持有亞洲硅業(yè)68.02%股權(quán)。除此之外,在收購亞洲硅業(yè)后,紅獅集團在青海投資建設(shè)的又一個多晶硅項目開工建設(shè),該項目分兩期建設(shè)年產(chǎn)20萬噸多晶硅、25萬噸工業(yè)硅及配套余熱發(fā)電設(shè)施。十四五期間,紅獅集團積極構(gòu)建“水泥+多晶硅”雙主業(yè)格局,預(yù)計多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)有望成為公司業(yè)績增長的第二曲線。

2.應(yīng)用水泥生產(chǎn) 助力降碳

光伏電站以其行業(yè)成熟度高、進入門檻低等特點深得水泥企業(yè)青睞,水泥企業(yè)通過光伏發(fā)電,減少外購電,達到“零購電”目的,繼而減少碳排放,實現(xiàn)綠色發(fā)展。布局光伏電站是水泥企業(yè)減碳的重要發(fā)展方向。從光伏電站裝機量來看,目前水泥行業(yè)總裝機量在1GW左右,占比全國比重約0.2%,整體規(guī)模比較低。海螺水泥光伏裝機量513MW,遠遠領(lǐng)先行業(yè)其余企業(yè)。

表4:主要水泥企業(yè)光伏裝機量

資料來源:水泥大數(shù)據(jù)研究院整理

2021年8月,海螺水泥收購了海螺投資公司持有的海螺新能源100%股權(quán),交易作價4.43億元,海螺水泥布局新能源邁出實質(zhì)性步伐。2021年10月至12月,海螺新能源獨立出資設(shè)立了15家新能源公司,新增19個光伏電站、3個儲能電站,光伏發(fā)電裝機容量200MW。2022年,海螺新能源業(yè)務(wù)發(fā)展進度加快,海螺新能源注冊資本由5億元增至50億元,年內(nèi)海螺新能源獨立出資設(shè)立了53 家新能源公司,年底光儲發(fā)電裝機容量 475MW。2023年海螺進一步加快新能源產(chǎn)業(yè)風(fēng)光水儲一體化發(fā)展,積極向上游產(chǎn)業(yè)延伸,穩(wěn)步布局光伏玻璃、組件等光伏中游領(lǐng)域,截至2023年6月,光伏發(fā)電裝機量達到513MW。海螺水泥布局新能源,一方面通過光伏發(fā)電實現(xiàn)旗下工廠“零購電”,助力降碳;另一方面積極轉(zhuǎn)型升級,培育新的利潤增長點,比如通過銷售組件和電力的方式推動公司營收增長。

圖12:海螺光伏裝機量不斷增加

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

2022年,海螺水泥全年通過清潔能源發(fā)電節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3.1萬噸,減少二氧化碳排放20.4萬噸,其中光伏發(fā)電2.46億千瓦時,減排14.09萬噸,占比清潔能源發(fā)電減排比重達69.1%。中國建材持續(xù)推進光伏項目,建設(shè)光伏+新能源工廠22家,發(fā)電量1.03億千瓦時,減排5.9萬噸。紅獅集團光伏發(fā)電0.15億千瓦時,減少0.86萬噸二氧化碳排放。

表5: 2022年主要水泥企業(yè)光伏發(fā)電量及碳減排情況

資料來源:水泥大數(shù)據(jù)研究院整理

(三)氫能源行業(yè)現(xiàn)狀

隨著全球氣溫變暖加速,氫氣作為清潔的二次能源,將發(fā)揮越來越重要的作用。近年來,我國氫氣產(chǎn)量逐年增加,2021年產(chǎn)量達到3300萬噸,同比增長32%,盡管2022年氫氣產(chǎn)量增速有所減慢,但整體仍維持較高水平,當(dāng)年產(chǎn)量3781萬噸,同比增長14.6%,目前我國已成為全球最大的氫氣生產(chǎn)國。隨著可再生能源裝機量在全部發(fā)電裝機量比重不斷提高,預(yù)計2023年我國氫氣產(chǎn)量仍將保持增長態(tài)勢。

圖13:我國氫氣產(chǎn)量逐年增加

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

盡管氫能源作為理想的清潔能源,但在水泥行業(yè)中的應(yīng)用尚處于研發(fā)階段,大規(guī)模應(yīng)用需要較長時間,主要有以下幾點原因。第一,技術(shù)原因。新技術(shù)在水泥行業(yè)應(yīng)用存在較大不確定性,影響推廣。第二,成本及運輸原因。氫氣一般通過煤制、天然氣、電解水獲得,但需要消耗大量的水力和電能。另外,氫氣密度低,儲存和運輸需要大量的容器和設(shè)備,進一步增加了成本。第三,水泥窯結(jié)構(gòu)影響使用。一方面,氫氣火焰的熱力學(xué)性質(zhì)及產(chǎn)生水蒸氣使其不利于直接加熱,而水泥窯工作溫度要求較高(1300-1450℃),可能會影響熟料的質(zhì)量。另一方面,水泥窯燒氫需要大量改造現(xiàn)有窯型結(jié)構(gòu),成本較高。

(四)水泥企業(yè)發(fā)展生物質(zhì)能現(xiàn)狀

生物質(zhì)替代燃料相較于煤炭具有低污染、低成本特點,且具有良好的經(jīng)濟和社會效益,使用生物質(zhì)燃料不需要對現(xiàn)有窯型進行大規(guī)模改造,但目前生物質(zhì)燃料在水泥行業(yè)應(yīng)用并不高。從大企業(yè)實踐看,僅有海螺水泥、中國建材等少數(shù)行業(yè)龍頭涉及生物質(zhì)能發(fā)電和燃料替代業(yè)務(wù)。

2018年海螺在柬埔寨馬德望結(jié)合當(dāng)?shù)厮疽?guī)模種植優(yōu)勢建成了第一條生物質(zhì)燃料系統(tǒng),2020年在樅陽海螺建成中國水泥行業(yè)首套生物質(zhì)替代燃料系統(tǒng)。2022年四季度,海螺水泥利用生物質(zhì)燃料發(fā)電291.42萬千瓦時,間接減排1662噸。

中國建材方面,公司逐步推廣替代燃料使用,2022年使用替代燃料136萬噸,主要包括輪胎粉、甘蔗渣、桔梗、大宗固廢等,其中旗下50條生產(chǎn)線使用生物質(zhì)替代燃料,消耗生物質(zhì)燃料36.67萬噸。

四、新能源減排未來展望

(一)光伏發(fā)電前景展望

從政策上看,穩(wěn)定的宏觀經(jīng)濟環(huán)境和行業(yè)政策利好推動著我國光伏行業(yè)長期向好發(fā)展。2013年,為抵御歐美雙反調(diào)查和刺激內(nèi)需消費,國家陸續(xù)出臺一系列補貼政策,并取得明顯成效。2018年為促進光伏行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展,提高發(fā)展質(zhì)量,加快補貼退坡,光伏行業(yè)發(fā)展勢頭繼續(xù)加快。2020年雙碳政策提出后,光伏發(fā)電在降碳方面作用日益凸顯,各產(chǎn)業(yè)加快進入新能源領(lǐng)域。長期看,政策扶持下光伏發(fā)電行業(yè)獲得長足發(fā)展。

表6:光伏行業(yè)政策梳理

資料來源:水泥大數(shù)據(jù)研究院整理

2022年,水泥行業(yè)用電約1285億千瓦時,間接碳排放7328萬噸,若能實現(xiàn)光伏發(fā)電全覆蓋,用電環(huán)節(jié)碳排放將大大降低。2022年,水泥行業(yè)光伏裝機量969MW,隨著光伏產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)發(fā)展以及水泥企業(yè)的加快布局,預(yù)計2030年水泥行業(yè)光伏發(fā)電裝機量將突破7000MW。

圖14:預(yù)計2030年水泥行業(yè)光伏裝機量超7000MW

數(shù)據(jù)來源:水泥大數(shù)據(jù)(https://data.ccement.com/)

(二)氫能替代前景展望

短期看(2023-2030),氫能尚不具備替代燃煤的條件,中期看(2030-2040),替代份額開始緩慢提升,長期看(2040-2060)具有較大提升空間。首先,根據(jù)中國水泥網(wǎng)水泥大數(shù)據(jù)研究院統(tǒng)計,有93%左右的熟料生產(chǎn)條線為近20年內(nèi)新建,22%左右的生產(chǎn)線為近10年內(nèi)新建,根據(jù)國際上熟料生產(chǎn)線40年運行壽命時間來看,2040年之后現(xiàn)有熟料生產(chǎn)線會大規(guī)模結(jié)束使用壽命而退出,氫能具備大規(guī)模替代燃煤的窯型條件;其次,中國目前水泥行業(yè)燃料熱值替代率較低,不足3%,和歐美發(fā)達國家差距較大,這其中涉及到政策、廢物分類、經(jīng)濟性等各種因素,短期內(nèi)難以追趕。即使歐美發(fā)達國家替代燃料種類中,多以固廢為主,鮮少有可再生能源等清潔能源替代;最后,目前氫能替代燃料煅燒熟料仍在試驗階段,尚未有效應(yīng)用水泥企業(yè)之中去,但隨著技術(shù)的發(fā)展以及氫能經(jīng)濟性的顯現(xiàn),2040年之后氫能替代燃煤可能獲取更多的份額。

表7:水泥行業(yè)發(fā)展氫能相關(guān)政策梳理

資料來源:水泥大數(shù)據(jù)研究院整理

(三)生物質(zhì)替代燃料前景展望

目前使用生物質(zhì)能發(fā)電供熱、替代燃煤的熱量不足1%,尚在試點階段。長期來看,生物質(zhì)燃料替代燃煤具有較大發(fā)展空間,特別是作為碳中性能源可與CCUS結(jié)合實現(xiàn)凈負排放,但短中期也面臨著較大挑戰(zhàn)。第一,目前生物質(zhì)燃料資源有限,且在各行業(yè)中具有普遍應(yīng)用性,競爭力較大;第二,大量收集和應(yīng)用需要解決成本和運輸問題;第三,生物質(zhì)燃料也面臨季節(jié)性、含水量高等問題。


編輯:李坤明

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