高长明：水泥工业“四零一负”理念的前世今生与未来

一、我的主要技术经历和工作背景

本人高长明，1933年生于上海。1940~1951年就读于上海圣约翰大学的附小和圣约翰中学，少年住校与英美同学同班共上课共文体12载，自然铸成了我娴熟坚实的英语基础，受用一辈子。1955年毕业于南京工学院化工系，是我国水泥工艺专业的第一届大学生，分配到建材部北京水泥设计院从事设计科技工作，至今已逾60年。

1979年5月通过了联合国工发组织（UNIDO）第一批援华培养高级技术人才计划项目的英语技能水平考试（由英国牛津大学的6人测试小组进行集体笔试7小时，单独口试20分钟，参考人数共12人，由12个部委各派1人），获得为期5年的对世界发达国家现代化水泥生产技术进行全面系统考察、访学和工作实践的高额资助。于是相继对日本、西德、美国、丹麦、瑞士、法国、英国、加拿大、土耳其、伊朗、泰国、印尼、意大利、西班牙、奥地利、澳大利亚、巴西、墨西哥等国的跨国水泥公司、著名水泥装备制造公司、水泥研究设计中心、各国水泥（混凝土）协会、以及各国先进现代化水泥厂进行了深入的现场考察调研；还分别在几家世界一流的老牌跨国水泥公司和水泥装备公司的研究设计生产部门参与了2~3个月的实际技术工作实践；期间向UNIDO陆续提交了各种考察访学工作报告10余份，均为内部油印本。

1984年，受建材部委派赴当时世界上技术装备与自动化水平最先进的伊拉克的年产水泥200万吨的卡尔巴拉水泥厂任中方首届生产经理，主管全厂生产技术管理工作，经历了从调试、性能考核、试生产到全厂正常生产的全过程。为了便于中方第一届各专业的工程师尽快地掌握先进技术，以及后续各届赴卡厂人员的顺利交接班，在本人任期中利用业余时间共编写了该厂的《生产技术管理手册》、《质量控制系统》、《化验室工作规范》、《中控室操作员工作规程》以及《全厂主要设备的结构、性能、操作、维修简要指南》等技术资料共6大类近30册，限于当时卡厂的条件，全部都是手写本。后来为了修订完善这些技术资料，我延期回国3个月。同时也是为了给来接班的第二届的工程师们更多的培训。这批手写本资料及其手抄本，中方历届人员代代相传沿用了7~8年，直到1992年中方最后一届人员全部撒离卡厂，这批被历届中方工程师们翻阅得将近“破烂”的手写手抄本技术资料全部丢失于战祸中。

上世纪60年代到90年代，本人作为科研项目主要负责人完成了10多项试验研究工作，其中3项获1978年的全国科技大会奖，2项分别获得1985年和1993年的国家科技进步二等奖。撰写试验研究报告和调研报告20余份，大部分是内部油印本。

在我刚参加工作的最初3年中，主要从事水泥厂工艺设备选型与车间装备布置图设计工作，之后就转向水泥原燃料工艺性能试验研究和科技研发工作。1980~1995年全面负责天津水泥工业设计研究院的科研技术指导与组织管理工作，组织撰写了全院的“六五”、“七五”、“八五”、“九五”科研规划，以及重大项目的选题研究报告等共8份。着重抓国家水泥科技重点攻关项目的申报、实施与成果鉴定推广应用等工作。1990年前后，在国家建材局领导下，筹划组织了对国外先进的20项现代水泥工业关键装备的技术与制造许可证的引进谈判，最终签约并付诸实施。

此外，在本人从事水泥科技工作的60余年间，先后编著出版了多本专业图书，在中外期刊报刊上发表了技术文章约360篇，内部译文近240篇。

以上这些亲笔撰写的各种试验研究调研报告和技术材料，加上历年搜集整理归纳的各种技术资料，以及20多本阅读与学习笔记等，粗略统计，包括文字、图表、照片、幻灯片、ppt讲稿和设计图纸等，总计有超过2500万字的篇幅。之所以不厌其烦的罗列这些“流水豆腐账”，旨在向广大同仁和读者交代本人何以会提出水泥工业可持续发展战略--“四零一负”理念的技术经历与工作背景。

二、“四零一负”的萌发及其来由

应该说，在本人1996年正式提出“四零一负”理念之前，有一段历时10多年的思考探索酝酿期。1985年前后，当我真切地了解掌握了世界水泥先进生产技术以及主要发达国家水泥工业发展史以后，结合我国当时水泥工业的状况与历史。隐隐约约地似乎总有一些疑问日日夜夜萦绕在脑海中。那就是水泥工业的发展方向在何方？技术进步的途径如何甄选才能有的放矢？怎样实现可持续发展？最优化的战略方针是什么？我国水泥工业如何发挥后发优势，早日赶超世界先进水平，后来居上？如此等等。这是当我考察诸国视野大开后，为探求水泥工业的未知世界，自然的职业追求和个人兴趣所使然。

经历了10多年的钻研、消化、沉淀与积累，那些围绕着我脑海的模糊羁绊逐渐被理清，显出了条理，原先朦胧的栅栏日益清晰展露出严整的架构。不知不觉中我沿着环保、节能、降耗、增效、利废、降污、低碳、减排的思路逐步地搜索、挖掘、筛选、甄别、锁定了四个“零”为突破口。10年磨一剑，终于水到渠成，于无声处听惊雷，醍醐灌顶，使我恍然大悟，茅塞顿开。那些日夜魂牵梦绕的难题悄然迎刃而解。这个“锦囊妙计”不就是“四零一负”吗？！然而为了慎审严谨，避免疏忽错漏，短暂庆喜之后我立即回归到冷静清醒。还要从多方面多视角地审查“四零一负”这一解决方案的正确性、可行性和可操作性问题。于是就这样又将其“冷处理”了将近1年。这期间我以旁观者第三方的心态冷静分析，进而为“四零一负”理念的确立梳理了更多的客观上的论据和理由。即“四零一负”有客观存在的事实，这是最有说服力的，虽然当时类同的案例尚很少，但这无妨其发展的大方向；根据理论计算，揭示其技术效率和经济效益尚有较大的提升空间和潜力，说明这不是空想，有理论和计算数据支撑；要算全社会的环保大账，不应拘泥于水泥行业自身的小账，这种情况下政府对此可以采用相应的激励扶持政策，有德国的经验可以借鉴；“四零一负”本身作为一项整体的系统工程，其中包含5个子系统，目标明确正确，实际可行可操作。逻辑严谨，推理有据，有利于实现社会、环境、水泥工业三方互利共赢。

至此，笔者1985年给自己所提出的一连串思考题，经过孜孜不倦，细水长流地一番探索，到1996年终于给自己交出了一份比较满意的无形的答卷。

1996年秋，在德国杜塞尔多夫德国水泥研究院主持召开的一个小型国际技术交流会上，我即兴发言讲了一小段话，其中首次口头阐述了“四零一负”的构想。其实这是一种自我认知基本完成后的自然流露，事前并未做准备。但是这之后，我下意识地将其拓展论述，撰写了“论水泥工业可持续发展战略”和“21世纪水泥工业的历史使命一一转向绿色工业协建仿生群落体”的文章，分别发表在我国《水泥技术》和《水泥》1997年第1期上，其中首次正式书面提出了“四零一负”的理念。此乃其“来龙”也，“去脉”如何，敬请详见下文。

三、“四零一负”的推进与对其基本达标的预测

所谓“四零一负”理念，即水泥工业可持续发展战略应为，在水泥生产的过程中同时还要力争（或必须）实现：对水泥厂周围生态环境的“零污染”；对外界电能的“零消耗”；对废水废料废渣的“零排放”；对化石燃料的“零消耗”；以及对全社会各种废弃物（例如矿渣、粉煤灰、电石渣、赤泥、脱硫石膏、城市垃圾、工业废料废渣废油、危废等）的“负增长”做出较大的贡献；亦就是在水泥（或熟料）生产的同时还要发挥“四零一负”的功效。水泥工业要充分发挥利用其固有的生产独特性，有意识有目标地部署组织开展一系列的科技创新与研发项目，争取早日最大限度地实现“四零一负”，成为全社会循环经济的重要枢纽。

应该指出，在整个重化工业领域中对社会能提供一定程度“四零一负”功效的，迄今仅有水泥工业这一行业，其对全社会的环保和清洁低碳生产具有独特的贡献，获得许多国家，尤其是发达国家技术政策的支持与激励。我们要加紧创新研发，为水泥工泥早日基本实现或接近100%的实现“四零一负”而努力。同时“四零一负”的目标对促进和鞭策水泥工业的可持续发展也具有重要的战略意义。所以我们必须高度重视和加强有关“四零一负”的各项研发工作。

回想1990年前后，所谓“四零一负”朦胧景象正在欧洲开始萌动，世界水泥工业领域中只是少量零星地有所表现。那时欧美发达国家水泥工业的单位水泥粉尘排放均在0.3kg/t.c.（~130mg/Nm³）左右，我国的则高达20kg/t.c.（>8000mg/Nm³超标数十倍竟然习以为常）。水泥工业无可争辩的是属于高污染的传统产业。至于其他污染物（NOx  、SO₂ 、VOC、F-、Hg等）对环境的影响则尚未顾及研究。水泥窑废气余热发电技术虽已在日本兴起，但其效率较低，吨熟料发电量大都在25kWh/t.cl.以下，成本较高，尤其是在火力发电技术先进的发达国家更显得经济效益太低，难以推广。在废水废料废渣方面，水泥厂对外的排放量历来就不多，只要重视，努力一把是可以做到对其实现“零排放”的。事实上，这一点当时在诸多发达国家基本上已经做到了。至于采用社会各种可燃废弃物用作替代燃料（除美国有些水泥厂烧废轮胎外），那时在欧洲发达国家只有少数几家水泥厂正在少量替代试验之中，完全谈不上什么对化石燃料100%的替代率或“零消耗”的奢望。采用替代原料的情况也为数极少。此外因为水泥工业历来有掺用混合材的传统习惯，所以其对社会某些工业废弃物（例如矿渣和粉煤灰等）的消纳利用--“负增长”是有较大积极作用的，而且是具有进一步拓展空间和潜力的。总之，当时（1997年）即使是发达国家先进水泥工业的实际情况与“四零一负”的战略目标也是相距甚远的。联系到我国那时立窑仍然“一統天下”的情况，于是不少同仁感觉这个“四零一负”的设想听起来似乎很美妙，实际上很可能只不过是“天方夜谭”而已。

本人完全理解当初有些同仁，特别是仍抱有所谓立窑情结的诸位同仁们对“四零一负”是否可能实现的高度质疑。有的还认为这是异想天开，太不靠谱。任何新事物从破土萌芽到成长壮大都必须经历一番艰辛的历程，只要笔者所判断预测的水泥工业科技发展方向是基本正确的，是符合水泥科技发展客观规律的；那么本人对“四零一负”的实现性是始终充满信心的，最多只不过是对实现这一目标所须时间长短估计的差异罢了，也就是须要20年、30年还是50年的问题，并不是要不要或行不行的问题。因为这是基于诸多客观萌芽状态新事物苗头的科学分析，认为这些苗头演变发展最终结果“四零一负”的发生是大概率事件而得出的结果和预测。

事实上，在我多年钻研思考“四零一负”构想的酝酿及其最后形成定稿的漫长过程中，始终得到前辈专家吴中伟、朱祖培、刘公诚、高世雄、冯修吉、胡宏泰等老先生的亲切鼓励和指导，他们的音容笑貌至今仍历历在目，我将永远铭记在心。

根据世界水泥工业科技进步的现状及其发展趋势，现在看来，本人20年前的判断预测以及“四零一负”理念的提出，与现今世界先进水泥工业的实际情况及其科技进展水平相比较，两者总体上是符合一致的。对此本人甚感欣慰，现今的事实证明，笔者当初并非“异想天开”，而是科学分析的理性预测。

笔者并不认为“四零一负”理念是一个什么了不起的构想，只不过是经过一番认真的思考研究探求后，对水泥工业可持续发展客观规律的个人认知在广度和深度两方面不断提炼升华的一种归宿。现在看来，关于水泥工业可持续发展的特征或路径问题，国内外专家学者似乎都有各自的表述，但大都均未定型。“四零一负”则是一种最早的定型的表述。2009年联合国世界可持续发展工商理事会（WBCSD）和水泥可持续发展倡议（CSI）合作研究发表的《2050世界水泥工业可持续发展技术路线图》的理念与内容则和“四零一负”的不谋而合，基本上大同小异，只是有些表述的用词不尽相同。

兹将1985~2015年，发达国家与我国水泥工业在“四零一负”方面的科技进步及其完成度的初步估算列举于表1中。其中“四零一负”各项完成度的计算基准分别为：对环境“零污染”的以各种污染物的排放量均达到在自然生态环境中完全可以自净化的程度为100%；对外界电能“零消耗”的以吨熟料余热发电量等于生产吨熟料所需的总耗电量为100%；对废水废料废渣“零排放”的以完全没有污水废料废渣排出为100%；对化石燃料“零消耗”的以熟料煅烧所需的热能完全来自替代燃料为100%；对社会废弃物“负增长”的以吨水泥各种废弃物利用总量达600kg（干基）为100%计。

由此可知，经历全世界水泥科技工作者不懈地研发创新，“四零一负”的战略目标在发达国家现已将近基本实现，即其中对周围生态环境“零污染”的完成度约为90%；对外界电能“零消耗”的完成度却仍然维持在6%以下，这是因其外购电价低于其余热发电成本所决定的，但水泥窑的余热多数均回收用于工厂附近居民区的供热和空调，其余热回收利用率往往更高；对外界废水废料废渣“零排放”的完成度己近100%；对化石燃料“零消耗”的完成度约为60%；对全社会各种废弃物“负增长”的完成度约为55%，而且其中混合材、替代燃料和替代原料三者的比例较合适。水泥工业在全社会循环经济中的枢纽作用日益显著。水泥工业在社会公众中的口碑远比我国的好很多。

同期在我国，“四零一负”的进展与完成度的提升则比较迅速。其中对环境“零污染”的完成度由1985年的10%上升到2015年的60%，国家工信部于2015年7月已摘除了水泥工业为高污染行业的帽子，但是其总体与国际先进的差距仍较大，特别是粉烟尘（含PM2.5）排放长期严重超标，亟待正视，必须花大力气根治；废水废料废渣“零排放”的完成度我国已达约80%；在余热发电，对外界电能“零消耗”的完成度较高，已达55%，因我国火力发电效率比发达国家的低不少，外购电价贵得多，故而水泥窑余热发电的采用率较欧美国家高得多，已达75%以上，吨熟料平均发电量为32~38kWh/t.cl.；然而在采用替代燃料，实现化石燃料“零消耗”方面，我国的完成度却低到1.0%以下，仍然处于艰难的起步阶段，与国际水平（60%）相差悬殊，所幸国家的技术政策已经发觉应于有所激励，正在研究改进之中；关于对社会废弃物“负增长”的贡献方面，我国的完成度约为65%，不过其中混合材占比高达94%，替代原燃料利用量太少，亟需改进。

我国还有一个水泥企业理应向社会公众提交年度环境报告的老大难问题应于尽快解决，这是考察企业履行社会责任优劣的重要准绳，希望央企和国企拿出敢于担当，敢于带头公布本企业年度污染物排放信息的勇气，不要再拖延观望犹豫了。政府也应加强引导监管，敦促实施。

汇总研究分析各方面的信息，笔者估计，水泥工业基本实现或接近100%的实现“四零一负”的目标所需用的时间不会太久了。发达国家可能在今后5~10年内得以完成（除对外界电能“零消耗”外），我国则可能还需10~15年。这也印证了过去30年来，我国水泥工业总体上已有很大的提升，与国际先进水平的差距大大缩小。抓紧做好“四零一负”这个系统工程，特别须要在扩大采用替代燃料和严厉降污（特别是粉烟尘）减排两大领域，花大力气补上这两大“短板”。不必热衷于新制定所谓“世上最严”的污染物排放标准，首先必须切实真正地实施现行的标准，监管必须是真正的“火眼金睛”不能总是沦为“棉花棒”。排放标准再先进，不认真实施和监管，又有何用？空谈误国，实干兴邦。只要实实在在的补强并彻底消除我国水泥工业的各项“短板”，赶超国际先进水平，届时也就是水到渠成的事了，所谓后来居上才能得以令世人诚服地实现。

总之，“四零一负”前景乐观，信心更有把握，对其发展进程的预测笔者的底气也更足了。以上愚见愿与同仁商讨分享，尤其要向年青的水泥同行们学习。文中几多正确？几多谬误？欢迎评议斧正。当然最终还必须经历时间和实践的检验与考证，让我们拭目以待。

参考文献：高长明“四零一负”主要文章选

1. 水泥工业与环境保护             《新世纪水泥导报》1996 No.2,No.3

2. 21世纪水泥工业的历史使命一一转向绿色工业，协建仿生群落体

《水泥》 1997 No.1 P.1~5

3. 论水泥工业可持续发展战略           《水泥技术》1997 No.1 P.1~5

4. 环保型及互联网型一一新经济时代的水泥工业  中国建材报2000.07.07一版

5. 当代水泥工业发展方向一一环保补偿+个性化服务+电子商务

《水泥技术》2000 No.1 P.9~12

6. 水泥混凝土生命周期环境评价          《水泥》 2002 No. 11

7. 再论水泥工业可持续发展的“四零一负”战略  中国建材报2004.11.29一版

8. 水泥工业与绿色财富             《中国水泥》2006 No.5

9. 水泥工业对循环经济的贡献与展望            中国建材报 2009.03.31

10. 我国水泥工业绿色GDP初探           《环境保护》2007 No.4 P.19~22

11. 对<2050世界水泥工业可持续发展技术路线图>的分析评议 中国建材报 2010.03.31

12. 再论生态文明与水泥工业                《水泥工程》2013 No.8

13. 2050我国水泥工业低碳技术成效的研究   中国建材报 2010.08.05 二版

14. 中国水泥工业环境报告不可空缺         中国建材报 1014.01.20 三版

15. 水泥窑协同处置垃圾问题的再释疑         《水泥》 2015 No.6 P.6~8