讓水泥搖身一變成為連續(xù)吸碳20年的環(huán)保高手,是什么材料？
混凝土是地球上最常見的材料之一，這要?dú)w功于它的高強(qiáng)度和低成本--但它也是二氧化碳排放的最大單一來源之一。如今，全球水泥工業(yè)是造成二氧化碳排放量較高的行業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球水泥行業(yè)每年的碳排放量高達(dá)28億噸。因此，研發(fā)出這種新型負(fù)碳環(huán)保水泥，無疑將給水泥行業(yè)帶來重大的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還將有利于促進(jìn)全球減碳減排的進(jìn)程。研究人員如今已經(jīng)給出了相應(yīng)對(duì)策，今天就來介紹兩種方案使水泥變?yōu)椤柏?fù)碳”材料！
在介紹方案之前，我們先來找找問題出現(xiàn)的根本，那就是為什么水泥會(huì)制造那么多二氧化碳？
一、為什么制造水泥會(huì)放出二氧化碳？
傳統(tǒng)水泥的制造，使用化石燃料運(yùn)行，并且需要將窯爐加熱到2，500華氏度以上。而且即使水泥公司用可再生能源為整個(gè)過程提供動(dòng)力，由于化學(xué)原因，仍然存在根本性的挑戰(zhàn)?！爸谱魉鄰囊粔K叫做石灰石的巖石開始，而石灰石基本上是凝固的二氧化碳?！绷蚧堑穆?lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官科迪芬克說，當(dāng)石灰石或碳酸鈣被加熱到高溫時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生石灰，這是水泥中的一種成分。但同時(shí)釋放出大量的二氧化碳。這雖然可以通過改用可再生能源來部分抵消，但混合物中的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)釋放大量的二氧化碳，這就更難避免了。據(jù)估計(jì)，水泥生產(chǎn)占人類二氧化碳排放總量的8%之多。
科學(xué)家們一直在調(diào)整配方，試圖減少混凝土的碳足跡，用石灰石代替火山巖，或添加二氧化鈦、建筑垃圾、小蘇打或采礦過程中通常被丟棄的粘土等成分。其他團(tuán)隊(duì)甚至嘗試使用微藻來種植所需的石灰石。
二、首個(gè)硅酸鹽負(fù)碳水泥的誕生
一家名為Brimstone Energy的加利福尼亞州初創(chuàng)公司（該公司的財(cái)務(wù)支持者包括比爾蓋茨的突破能源風(fēng)險(xiǎn)投資公司）為一種新工藝申請(qǐng)了專利，該工藝將波特蘭水泥（最常用的類型）的排放量降至零。與可再生能源一起使用，該過程實(shí)際上是不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳的，這意味著水泥可以從氣候問題變成解決方案。
“我們可以將水泥行業(yè)從氣候問題轉(zhuǎn)變?yōu)闅夂蚪鉀Q方案，” Brimstone Energy在其網(wǎng)站上表示。他們通過制造負(fù)碳水泥的突破性工藝來改變這一點(diǎn)，這是制造商一百多年來所依賴的完全相同的材料，現(xiàn)在對(duì)氣候產(chǎn)生了積極影響。
Brimstone Energy改用另一種巖石，硅酸鈣，當(dāng)它被加熱制成石灰時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。它只會(huì)產(chǎn)生二氧化硅，這是一種可用于替代粉煤灰的副產(chǎn)品，粉煤灰是一種來自燃煤發(fā)電廠的廢物，是典型水泥中的另一種成分。而隨著燃煤電廠的消失，粉煤灰這種材料的可用性越來越低，而且它是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中的另一個(gè)排放源。
“奇跡材料”
“Brimstone Energy不僅找到了一種方法來消除水泥制造過程中的排放，它的創(chuàng)新創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)會(huì)，我們的建筑環(huán)境可以成為碳匯，“突破能源風(fēng)險(xiǎn)投資公司的Carmichael Roberts說，該公司去年領(lǐng)導(dǎo)了硫磺石的55萬美元A輪融資。Roberts稱這是“一種神奇的材料”，對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。這意味著用負(fù)碳硫磺波特蘭水泥建造的建筑物和橋梁可以成為氣候解決方案的一部分，而不是棘手的責(zé)任。
“幾十年來，企業(yè)家一直在努力開發(fā)水泥配方，以吸收更多的二氧化碳，或者以更少的質(zhì)量提供相同的強(qiáng)度，或者以污染較少的比例混合水泥成分，”DCVC的聯(lián)合創(chuàng)始人兼管理合伙人Zachary Bogue說，該公司剛剛與Breakthrough Energy Ventures一起投資了Brimstone Energy的種子輪融資?！皼]有一個(gè)替代方案效果很好：封存只捕獲了二氧化碳的一小部分，而弄亂水泥的配方讓關(guān)注結(jié)構(gòu)完整性的監(jiān)管機(jī)構(gòu)感到擔(dān)憂。
當(dāng)Brimstone Energy處理硅酸鈣時(shí)，最終也會(huì)得到成堆的鎂，這是一種自然吸收空氣中二氧化碳的物質(zhì)。這意味著即使水泥現(xiàn)在是用化石燃料制成的，它仍然可以是碳中和的。而如果它是用可再生能源制造的，它“將是高度負(fù)碳的”。
該公司目前正在設(shè)計(jì)其第一個(gè)試點(diǎn)工廠，并將與現(xiàn)有的水泥和混凝土制造商合作。當(dāng)產(chǎn)品上市時(shí)，預(yù)計(jì)其成本將與傳統(tǒng)的波特蘭水泥相同，甚至更低。芬克說，這是它迅速被采用的唯一途徑，并指出，“我的變革理論是，事情從來沒有從更便宜到更昂貴。它們總是從更貴到更便宜。
三、生物炭使水泥能持續(xù)吸收二氧化碳20年
近日，華盛頓州立大學(xué)（WSU）的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種制造混凝土的新方法，吸收的碳要比排放的多。
在此項(xiàng)研究中，WSU的研究人員調(diào)查了一種涉及生物碳的新方法，生物碳是一種由有機(jī)廢物制成的木炭。雖然生物炭以前曾被添加到水泥中，但這次研究小組首先使用混凝土沖洗廢水對(duì)其進(jìn)行處理。這提高了它的強(qiáng)度，并允許更高比例的添加劑被混合進(jìn)去。鑒于生物炭能從空氣中吸收其重量23%的二氧化碳，因此，這種新型水泥的特殊之處在于注入生物炭，成功研制出了這種新型負(fù)碳環(huán)保水泥。這也就意味著可以幫助水泥生產(chǎn)廠家減少二氧化碳的排放，達(dá)到環(huán)保減排的效果。
在實(shí)驗(yàn)中，研究小組制造了含有30%處理過的生物炭的水泥，并發(fā)現(xiàn)由此產(chǎn)生的混凝土是負(fù)碳的--它實(shí)際上吸收的二氧化碳比生產(chǎn)該材料時(shí)排放的二氧化碳還要多。根據(jù)研究人員的計(jì)算，1公斤（2.2磅）30%的生物碳混凝土比其生產(chǎn)過程中釋放的二氧化碳多出約13克（-0.5盎司）。這聽起來可能不多，但考慮到普通混凝土通常每1公斤材料要釋放約0.9公斤（2磅）的二氧化碳，有著鮮明的差異。
研究小組說，如果在他們的分析里考慮到下游的差異，總收益可能會(huì)更好。例如，將生物炭用于像這種混凝土這樣的環(huán)保目的，可以將其制成的生物質(zhì)從可能釋放更多二氧化碳的其他命運(yùn)中轉(zhuǎn)移出來。此外，新的混凝土預(yù)計(jì)將在其幾十年的工作壽命中繼續(xù)吸收二氧化碳。
重要的是，生物炭混凝土還能保持其強(qiáng)度。當(dāng)28天后測(cè)量時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度為27.6兆帕（4,003磅/平方英寸），與普通混凝土差不多。
研究人員計(jì)劃繼續(xù)優(yōu)化和擴(kuò)大該方法，并測(cè)試所產(chǎn)生的混凝土的抗風(fēng)化和其他類型的損害的程度。
該研究成果的發(fā)布，不僅受到了國(guó)內(nèi)外媒體的廣泛關(guān)注，也得到了全球環(huán)保組織的一致好評(píng)。可以預(yù)見，這種新型負(fù)碳環(huán)保水泥將在未來得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
