从木材到煤炭，从重油到轻柴油，从煤制气到天然气。过往100年，我国陶瓷行业的能源结构至少经历了六次迭代。
如今，天然气已成为我国陶瓷行业的主要能源。根据2022年“陶业长征”调研的数据，我国已有602家陶瓷厂使用天然气，使用率为57.9%；其中广东、福建、山东、四川、河北、重庆等陶瓷厂区的天然气使用率超过80%。
然而，未来陶瓷行业的能源结构或将再次迎来变革！
近年来，在“3060双碳战略”的指导下，国家及各地纷纷出台节能降碳政策，明确指出陶瓷行业要进行“电能替代”和鼓励氢能等新型能源。与此同时，国内外多家窑炉公司联合陶瓷厂也正在电能、氢能等新能源领域不断深入探究。
在此背景下，陶瓷厂还能烧多久的天然气和煤炭？未来真要烧电、烧氢吗？
国家部委及多地密集发文
鼓励电窑炉和氢能
早在2016年5月，国家发改委、国家能源局、环境保护部等八部门就发布了《关于推进电能替代的指导意见》，其中指出，实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大，是提高电煤比重、控制煤炭消费总量、减少大气污染的重要举措。
上述“意见”还明确指出，在金属加工、铸造、陶瓷、岩棉、微晶玻璃等行业，在有条件地区推广电窑炉。
2023年4月，中国轻工业联合会印发《轻工业重点领域碳达峰实施方案》，指出要加快用能结构转换，进一步降低陶瓷、日用玻璃行业中煤炭能源的比重，逐步提高天然气和电能的使用比例。逐步禁止陶瓷行业使用燃煤及煤制气，推动天然气成为主要能源。在电力资源优势地区，推动陶瓷窑炉燃料“以电代气”，推广电窑炉替代，推动工业用能电气化。
此外，还要有序减少造纸、陶瓷、日用玻璃、食品等行业的化石能源消费，鼓励企业就近利用清洁能源。引导有条件的企业进行屋顶光伏发电改造。鼓励局部有条件的地区使用氢能，加大氢能在陶瓷等领域的研发应用力度。在陶瓷行业的窑炉烧成方面，研发电力烧成或气电混合、氢气混合燃烧等新型燃烧技术。
同样是在2023年4月，广东省发改委、生态环境厅、工信厅等十部门联合印发《广东省全面推行清洁生产实施方案（2023-2025年）》，主要目标包括到2025年，基本建立清洁生产推行制度体系，清洁生产整体水平走在全国前列。
在“加快燃料原料清洁替代”一节中，广东省的上述方案指出，要合理控制化石能源消费，加大清洁能源推广应用，提高工业领域非化石能源利用比重。加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢能多元利用。拓宽电能替代领域，在钢铁、石化、玻璃、陶瓷等重点行业推广电弧炉、电锅炉、电窑炉、电加热等技术。
与此同时，在2023年4月，山东省工信厅、发改委、生态环境厅印发《山东省工业领域碳达峰工作方案》，指出要加快推进工业绿色低碳转型，有力有序有效做好工业领域碳达峰工作。
在“推动工业用能电气化”一节中，山东省的方案指出，要加快推进电能替代，在冶金、铸造、陶瓷、玻璃等行业推广使用电锅炉、电窑炉、电加热等技术，开展高温热泵、大功率电热储能锅炉等电能替代，推进“电能替代+综合能源服务”，提高电能占终端能源消费比重。
每条电窑炉
一年高出上千万元能源成本
据媒体报道，自2016年国家发改委等八部门发布《关于推进电能替代的指导意见》以来，南方电网已在广东累计完成电能替代电量超过1000亿千瓦时，完成替代电能总量超过2021年广东省全社会用电量的1/10。
电能替代，是在终端能源消费环节，使用电能替代散烧煤、燃油、天然气的能源消费方式，如电采暖、地能热泵、工业电锅炉（窑炉）、农业电排灌、电动汽车、靠港船舶使用岸电、机场桥载设备、电蓄能调峰等。
其实，在陶瓷行业，电窑炉并非新鲜事物。例如，科达在国内有生产锂电池的电窑案例，在法国有生产微晶玻璃的电窑案例，并且在俄罗斯有一条生产三度烧花片的电窑案例。
从节能减排的角度来看，电窑炉的表现也更具优势。根据中国建筑卫生陶瓷协会发布的信息，通过采用电烧辊道窑技术，无需助燃空气，烟气量下降80%以上，理论上烧成能耗降低50%左右。考虑气烧辊道窑余热利用，电烧辊道窑综合节能可达到20%以上。气烧辊道窑改为电烧，按电力中绿色电力占比80%计，碳排放量降低约85%，减排效果十分显著。
那么，电窑炉的推广阻力是什么？一是对于当前业内普遍的宽体窑炉来说，电窑炉还需要进一步解决水平温差、截面温差、装机容量大、硅碳棒长度不够等结构性难点；二是电窑炉的成本较高。
不考虑发热设备的转化效率，1Nm³天然气对应9.65度电的发热量，一条日产20000㎡的窑炉（气耗以1.5Nm³/㎡计）每天需要消耗30000Nm³天然气，对应289500度电。
以当前全国陶瓷产区最高的4.4元/m³的天然气价格以及平均0.6元/度电的价格来计算，上述窑炉每天使用燃气的费用为13.2万元，若使用电能的费用则为17.37万元，成本相差4.17万元/天，每年按300天计则相差1251万元。
因此，只有当天然气价格上涨或电价下降至两者成本相当时，推广电窑炉才具有成本和节能减排的双重优势。
一条窑炉
用氢成本每年可达1.26亿元
相关数据显示，2022年我国氢气产量约3781万吨，是全球最大的产氢国。我国氢气的主要来源是煤、天然气、炼油等化石能源制氢，占比分别约为60%、23%、17%。这三种方式都属于会排放大量二氧化碳的灰氢，不利于环保和碳中和。
可见，电解水制氢等绿氢占比不足1%，而在终端消费领域，氢能主要应用于交通运输、工业、储能和建筑热电联供等领域，其直接作为能源燃烧利用的占比不足0.1%。
陶瓷行业已有运输环节应用氢能的案例。2021年，蒙娜丽莎在其陶瓷工厂率先引入了氢能叉车。据了解，当前在北美使用的氢能叉车已超过4万台，国内在东北和上海也有氢能叉车示范点。
尽管主要应用于交通运输，但氢能的高热值、节能减排等优势以及巨大的发展潜力，吸引了陶瓷行业多家窑炉公司探索和研发相关技术。
其中，德力泰携手欧神诺陶瓷、仙湖实验室开发出“氨氢融合零碳燃烧技术”，并于2022年生产出全球首片“零碳烧制瓷砖”，填补了国内和国际空白，接下来还将联合蒙娜丽莎，发挥四方优势，在建陶领域进行规模化验证与应用。
2023年6月20日，在中国陶瓷工业协会、新之联展览公司、《陶瓷信息》主办的“第15届国际陶瓷工业发展论坛暨节能与新能源技术应用高峰论坛”上，萨克米窑炉部技术经理Adil Abdelkhalki表示，他们发现氢气和天然气混合燃烧时的温度和火焰发展，与纯天然气单独燃烧时非常相似。
此外，他们还发现对于氢含量低于10%的混合气体，在2010年之后安装的萨克米窑炉不需要升级改造，因为管路阀门已进行了预设；若氢含量在10-50%，则必须改造窑炉；若氢含量超过50%，他们当前正在寻求解决方案，如果实现将减少33%的碳排放。
同样是在上述论坛，广东中鹏热能科技省级企业技术中心主任赖日东表示，氢能窑炉掺氢越多则燃烧烟气下降越多，有利于系统风机节电和烟气排放减少；以日产10000㎡抛光砖线为例，等效50%掺氢，烟气排放节能占总能耗5%；此外随着掺氢量增加，管道的管径要相应增大（或增压）。
赖日东还指出，混氢燃烧时烟气量减少和燃烧效率的提升所带来的节能性是否能和制氢使用成本相抵消，以及高掺混比氢气燃烧烟气减少与燃烧火焰的变化对工艺配方的影响，均有待进一步研究和试验。
氢能窑炉的了巨大成本也是当前的阻力之一，以2021年8月5日的数据为例，生产一平方米瓷砖所需的天然气费用为5.88元，而氢气需要21元，相差约3.57倍；一条日产20000㎡的窑炉，每年生产300天则需要用氢费用1.26亿元，和天然气费用相差9072万元。
赖日东认为，未来20年以天然气为代表的化石能源仍将占据半壁江山，形成多能源并存的格局。