超硬材料行业绿色低碳发展调研报告

李利娟; 张贝贝; 孙兆达

doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2023.1001

超硬材料行业绿色低碳发展调研报告

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.1001

李利娟^{1, 2},
张贝贝^{1, 2},
孙兆达^{1, 2,}

1.
中国机床工具工业协会超硬材料分会, 郑州 450001
2.
郑州磨料磨具磨削研究所有限公司, 郑州 450001

详细信息

作者简介:
孙兆达，男，1984年生，高级工程师。主要从事超硬行业服务及其数据分析等。E-mail: SZD@cmtba-ida.org.cn

中图分类号: TQ164; TG158
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出版历程
- 收稿日期: 2022-10-25
- 修回日期: 2022-11-20
- 录用日期: 2022-11-29
- 刊出日期: 2023-02-20

Research report on green and low-carbon development of superhard material industry

LI Lijuan^{1, 2},
ZHANG Beibei^{1, 2},
SUN Zhaoda^{1, 2
,}

1.
Superhard Materials (Industrial diamond) Association of China, CMTBA, Zhengzhou 450001, China
2.
Zhengzhou Research Institute for Abrasives & Grinding Co., Ltd., Zhengzhou 450001, China

摘要

摘要:
在国家“碳达峰碳中和”行动全面开展的背景下，为推动超硬材料行业为国家绿色低碳高质量发展做出新的贡献，开展超硬材料行业能耗调研，汇总分析超硬材料及制品企业的能耗数据，对比无机非金属领域典型产品能耗情况。结果表明：在2019～2021年，超硬材料单位工业总产值能耗分别为0.11，0.10，0.08 tce/万元，超硬材料制品单位工业总产值能耗分别为0.08，0.07，0.05 tce/万元，且超硬材料行业的能耗降低率远大于国家GDP能耗指标下降百分比；同无机非金属领域典型产品水泥、陶瓷、普通磨料相比，超硬材料行业能耗处于较低水平。最后，针对超硬行业政策及企业降碳方面给出相关建议。
- 碳达峰碳中和 /
- 超硬材料 /
- 能耗 /
- 绿色低碳 /
- 吨标准煤当量
Abstract:
Under the background of the comprehensive implementation of the National Carbon Peak Carbon Neutralization Action, the superhard material industry energy consumption research was carried out. It aims to promote the superhard material industry to make new contributions to the green, low-carbon and high-quality development of the country. The energy consumption data of superhard material and product enterprises were summarized and analyzed, and the energy consumption of typical products in the inorganic non-metallic field was compared. The results show that from 2019 to 2021, the energy consumption per unit of gross industrial output value of superhard materials is 0.11, 0.10, and 0.08 tce/10 000¥; and that the energy consumption per unit of gross industrial output value of superhard materials products is 0.08, 0.07 and 0.05 tce/10 000¥ respectively. The reduction rate of energy consumption in superhard materials industry is far greater than the reduction percentage of national GDP energy consumption index. Compared with the typical products in the inorganic non-metallic field such as cement, ceramics and ordinary abrasives, the energy consumption in the superhard material industry is at a lower level. Finally, the paper makes suggestions on superhard industry policies and enterprise carbon reduction.
- peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality /
- superhard material /
- energy consumption /
- green and low-carbon /
- ton of standard coal equivalent (tce)

HTML全文

习近平总书记2020年9月在第七十五届联合国大会上向国际社会做出庄严承诺，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，使二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和。国家《“十四五”节能减排综合工作方案》提出，到2025年全国单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%^[1]。自提出国家“碳达峰碳中和”目标以来，中国绿色低碳经济发展日趋加速，全国各行业都在为实现节能减排目标而努力。但我国碳排放总量大，到2030年实现“碳达峰到碳中和”仅有30年时间，而国家工业化、城镇化进程仍在进行中，且我国第二产业占比高，碳排放强度大，产业转型难，煤炭在能源消费中占比高。为加速产业转型及升级，实施工业领域碳达峰目标，必须对主要的高污染、高耗能企业进行产能控制及环保升级。

根据《国民经济行业分类》GB/T 4754—2017规定，超硬材料及制品行业被统计部门归为非金属矿物制品业。根据国家相关部委发布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016）》《战略性新兴产业分类（2018）》《产业结构调整目录（2019）》等相关政策文件，人造金刚石等超硬材料及制品被归为战略性新兴产业，特别是针对“信息、新能源、国防、航天航空等领域用高品质人工晶体材料、制品和器件，功能性人造金刚石材料生产装备技术开发”等领域属于鼓励发展的产业，但经超硬分会调研发现，自2020年起，超硬材料及制品企业因归类问题不但未享受到国家电价的优惠政策，且部分地方的企业被归为“双高”，企业和行业发展受到较大困扰。

超硬材料行业能耗情况是行业同仁及政府十分关心的问题，因此超硬分会开展了本行业能耗的调研工作。通过汇总分析2019～2021年超硬行业能耗数据指标，对比无机非金属领域典型产品能耗情况，揭示超硬行业能耗情况，推动超硬行业绿色低碳高质量发展。

1. 超硬材料行业能耗情况

1.1 超硬材料能耗情况

表1为统计的8家具有代表性的超硬材料企业的能耗情况。调研企业的主要产品为金刚石单晶、宝石级金刚石单晶、金刚石微粉、CBN单晶、金刚石复合片等。由表1可知：2021年单位工业总产值能耗为0.08 tce/万元、单位工业增加值能耗为0.20 tce/万元。2019～2021年的能耗总量、耗电总量、工业总产值均呈现先减小后增大的趋势，单位工业总产值能耗和单位工业增加值能耗均呈现逐年下降的趋势。其中，2021年比2020年的单位工业总产值能耗下降20.0%，单位工业增加值能耗下降16.7%；2020年比2019年的单位工业总产值能耗下降9.1%，单位工业增加值能耗下降4.0%。因此，从单位工业总产值能耗和单位工业增加值能耗来看，超硬材料企业近3年的能耗强度不断下降。

表 1 超硬材料企业能耗情况

Table 1. Energy consumption of superhard material enterprises

指标名称	2021年	2020年	2019年	2021年增幅 ε₁ / %	2020年增幅 ε₂ / %
能耗总量 e₁ / tce	58 280	53 484	54 672	9.0	−2.2
耗电总量 P₁ / (万kW·h)	48 191	44 227	45 234	9.0	−2.2
工业总产值 V₁ / 万元	554 012	442 969	491 773	25.1	−9.9
单位工业总产值能耗 e_g1 / (tce·万元⁻¹)	0.08	0.10	0.11	−20.0	−9.1
单位工业增加值能耗 e_a1 / (tce·万元⁻¹)	0.20	0.24	0.25	−16.7	−4.0

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图1为2000～2020年全国GDP能耗情况^[2-3]。图1中：2000年我国单位GDP能耗约为0.98 tce/万元，2020年则为0.57 tce/万元，20年间我国能源强度下降了41.8%。由2021年国民经济和社会发展统计公报^[4]可知：国内单位GDP能耗下降2.7％，规模以上工业单位增加值能耗下降5.6%，因而2021年单位GDP能耗约为0.56 tce/万元。由表1和图1可知：超硬材料行业的单位工业总产值能耗远低于国家GDP能耗，且近3年的能耗降低率远大于国家GDP的能耗降低率。

图 1 2000～2020年全国GDP能耗情况^[3]

Figure 1. National GDP energy consumption from 2000 to 2020^[3]

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1.2 超硬材料制品能耗情况

表2为统计的9家具有代表性的超硬材料制品企业的能耗情况。调研企业的主要产品为金刚石锯片、金刚石或CBN砂轮、金刚石线锯、金刚石磨轮、钻头。由表2可知：2021年单位工业总产值能耗为0.05 tce/万元，单位工业增加值能耗为0.33 tce/万元。2019～2021年的能耗总量、耗电总量呈现先减小后增大的趋势，工业总产值呈现逐年增大的趋势，单位工业总产值能耗和单位工业增加值能耗均呈现逐年下降的趋势。其中，2021年比2020年的单位工业总产值能耗下降28.6%，单位工业增加值能耗下降10.8%；2020年比2019年的单位工业总产值能耗下降12.5%，单位工业增加值能耗下降39.3%。由表2及图1可见：在新冠疫情的影响下，超硬材料制品企业的总体经济仍然呈增长趋势，近3年的能耗强度下降明显，且降幅远大于国家GDP能耗指标的降幅。

表 2 超硬制品企业能耗情况

Table 2. Energy consumption of superhard products enterprises

指标名称	2021年	2020年	2019年	2021年增幅 ε₃ / %	2020年增幅 ε₄ / %
能耗总量 e₂ / tce	13 139	11 669	14 311	12.6	−18.5
耗电总量 P₂ / (万kW·h)	10 966	9 457	9 832	16.0	−3.8
工业总产值 V₂ / 万元	232 346	190 837	172 560	21.8	10.6
单位工业总产值能耗 e_g2 / (tce·万元⁻¹)	0.05	0.07	0.08	−28.6	−12.5
单位工业增加值能耗 e_a2 / (tce·万元⁻¹)	0.33	0.37	0.61	−10.8	−39.3

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2. 无机非金属领域典型产品能耗情况对比

2.1 天然钻石开采能耗对比

超硬材料中的培育钻石是人造金刚石制造工艺进步的产物，随着合成技术的不断突破和培育钻石市场需求的激增，该行业发展迅速，且其生产过程对环境的影响远小于天然钻石开采，因而生产过程更环保。根据华经情报网等相关数据得出表3的培育钻石与天然钻石年能耗情况对比情况，且生产1 ct（1 ct=0.2 g）培育钻石需处理0.000 6 t矿物废料，而生产1 ct天然钻石却需处理2.630 0 t矿物废料，是生产培育钻石的4 383倍^[5]。表3中：生产1 ct天然钻石消耗的标准煤是生产1 ct培育钻石的2.1倍，耗水量是其6.9倍。另外，培育钻石有较低的碳排放等，对环境污染更小。

表 3 培育钻石与天然钻石能耗情况对比^[5]

Table 3. Comparison of energy consumption between cultivated diamonds and natural diamonds^[5]

指标名称	天然钻石	培育钻石
能源消耗 e₃ / (tce·ct⁻¹)	18.40	8.60
耗水量 w / (L·ct⁻¹)	480.00	70.00
C释放 w_c / (g·ct⁻¹)	57 000.00	0.03
NO释放 w_NO / (g·ct⁻¹)	0.04	0.09
硫氧化物释放 w_SO / (g·ct⁻¹)	0.01	0

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2.2 水泥、建筑陶瓷和普通磨料能耗对比

根据刘淑娟等^[6]的研究，结合水泥和建筑陶瓷经济运行报告得出水泥、建筑陶瓷2019年能源消耗基本情况如表4所示。由表4可知：水泥的单位工业总产值能耗为1.82 tce/万元，是超硬材料的23倍、超硬材料制品的36倍；建筑陶瓷的单位工业总产值能耗为1.11 tce/万元，是超硬材料的14倍、超硬材料制品的22倍。

表 4 2019年水泥、建筑陶瓷能源消耗基本情况

Table 4. Energy consumption of cement and building ceramics in 2019

指标名称	水泥	建筑陶瓷
总能耗 e₄ / 万tce	18 860	4 260
工业总产值 V₃ / 亿元	10 368	3 831
单位工业总产值能耗 e_g2 / (tce·万元⁻¹)	1.82	1.11

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同时，在传统磨料磨具行业中，2021年普通磨料的单位工业总产值能耗在0.53～1.09 tce/万元，其是当年超硬材料能耗的7～14倍。因此，超硬材料及制品行业能耗强度低于普通磨料磨具行业的，也远低于无机非金属矿物制品类产品的。

3. 结语与建议

超硬材料行业近3年来的万元产值能耗和万元工业增加值能耗不断下降，其是节能环保型产业。在2019～2021年，超硬材料单位工业总产值能耗分别为0.11，0.10，0.08 tce/万元，超硬制品单位工业总产值能耗分别为0.08，0.07，0.05 tce/万元，且其能耗降低率远大于国家GDP能耗降低率。

无机非金属矿物制品业中的水泥能耗是超硬材料的23倍、超硬材料制品的36倍；建筑陶瓷能耗是超硬材料的14倍、超硬材料制品的22倍；普通磨料能耗与水泥、建筑陶瓷的能耗基本相当，也属于高耗能行业，但其是超硬材料能耗的7～14倍。因此，超硬材料及制品行业能耗强度远低于无机非金属矿物制品类产品的能耗强度。

由于超硬材料行业企业之间生产条件、工艺设备及生产环境等不尽相同，很多企业在节能减排上仍有较大提升空间，仍需努力。提出以下几方面建议：

（1）超硬材料及制品制造企业的万元工业总产值标准煤消耗在0.05～0.11 t，远低于其他非金属矿物制品业的消耗值，不应在高耗能行业之列，应在高耗能相关政策中注明超硬材料产业除外或在执行过程中严加区分。

（2）技术创新，产业升级。企业需不断革新技术，改进生产工艺，淘汰落后工艺、设备及产能，加快产业升级；同时创新节能改造技术，加大节能改造力度，有条件地推进工厂屋顶光伏应用。

（3）完善节能制度。企业应完善节能评价体系，加大节能培训力度，提升节能管理能力，在节能减排上实施精细管理。

（4）严格落实节能环保政策。企业需严格落实“碳达峰碳中和”政策，在节能减排上下足功夫，深挖节能潜力，对标行业单位工业总产值能耗和单位工业增加值能耗指标，严格落实节能增效的目标清单。

（5）加大超硬材料及制品在下游应用领域的推广和应用，在国防军工、航空航天、半导体、汽车、新能源等领域充分发挥超硬材料“高速、高效、高精”的特点，从而影响下游产业的绿色制造技术，更好地为智能、高效、绿色制造的高质量发展做出贡献。

图 1 2000～2020年全国GDP能耗情况^[3]

Figure 1. National GDP energy consumption from 2000 to 2020^[3]

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表 1 超硬材料企业能耗情况

Table 1. Energy consumption of superhard material enterprises

指标名称	2021年	2020年	2019年	2021年增幅 ε₁ / %	2020年增幅 ε₂ / %
能耗总量 e₁ / tce	58 280	53 484	54 672	9.0	−2.2
耗电总量 P₁ / (万kW·h)	48 191	44 227	45 234	9.0	−2.2
工业总产值 V₁ / 万元	554 012	442 969	491 773	25.1	−9.9
单位工业总产值能耗 e_g1 / (tce·万元⁻¹)	0.08	0.10	0.11	−20.0	−9.1
单位工业增加值能耗 e_a1 / (tce·万元⁻¹)	0.20	0.24	0.25	−16.7	−4.0

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表 2 超硬制品企业能耗情况

Table 2. Energy consumption of superhard products enterprises

指标名称	2021年	2020年	2019年	2021年增幅 ε₃ / %	2020年增幅 ε₄ / %
能耗总量 e₂ / tce	13 139	11 669	14 311	12.6	−18.5
耗电总量 P₂ / (万kW·h)	10 966	9 457	9 832	16.0	−3.8
工业总产值 V₂ / 万元	232 346	190 837	172 560	21.8	10.6
单位工业总产值能耗 e_g2 / (tce·万元⁻¹)	0.05	0.07	0.08	−28.6	−12.5
单位工业增加值能耗 e_a2 / (tce·万元⁻¹)	0.33	0.37	0.61	−10.8	−39.3

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表 3 培育钻石与天然钻石能耗情况对比^[5]

Table 3. Comparison of energy consumption between cultivated diamonds and natural diamonds^[5]

指标名称	天然钻石	培育钻石
能源消耗 e₃ / (tce·ct⁻¹)	18.40	8.60
耗水量 w / (L·ct⁻¹)	480.00	70.00
C释放 w_c / (g·ct⁻¹)	57 000.00	0.03
NO释放 w_NO / (g·ct⁻¹)	0.04	0.09
硫氧化物释放 w_SO / (g·ct⁻¹)	0.01	0

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表 4 2019年水泥、建筑陶瓷能源消耗基本情况

Table 4. Energy consumption of cement and building ceramics in 2019

指标名称	水泥	建筑陶瓷
总能耗 e₄ / 万tce	18 860	4 260
工业总产值 V₃ / 亿元	10 368	3 831
单位工业总产值能耗 e_g2 / (tce·万元⁻¹)	1.82	1.11

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参考文献(6)

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