让水泥摇身一变成为连续吸碳20年的环保高手,是什么材料？

混凝土是地球上最常见的材料之一，这要归功于它的高强度和低成本--但它也是二氧化碳排放的最大单一来源之一。如今，全球水泥工业是造成二氧化碳排放量较高的行业之一。据统计，全球水泥行业每年的碳排放量高达28亿吨。因此，研发出这种新型负碳环保水泥，无疑将给水泥行业带来重大的环保和经济效益，同时还将有利于促进全球减碳减排的进程。研究人员如今已经给出了相应对策，今天就来介绍两种方案使水泥变为“负碳”材料！

在介绍方案之前，我们先来找找问题出现的根本，那就是为什么水泥会制造那么多二氧化碳？

一、为什么制造水泥会放出二氧化碳？

传统水泥的制造，使用化石燃料运行，并且需要将窑炉加热到2，500华氏度以上。而且即使水泥公司用可再生能源为整个过程提供动力，由于化学原因，仍然存在根本性的挑战。“制作水泥从一块叫做石灰石的岩石开始，而石灰石基本上是凝固的二氧化碳。”硫磺的联合创始人兼首席执行官科迪芬克说，当石灰石或碳酸钙被加热到高温时，它会产生石灰，这是水泥中的一种成分。但同时释放出大量的二氧化碳。这虽然可以通过改用可再生能源来部分抵消，但混合物中的化学反应也会释放大量的二氧化碳，这就更难避免了。据估计，水泥生产占人类二氧化碳排放总量的8%之多。

科学家们一直在调整配方，试图减少混凝土的碳足迹，用石灰石代替火山岩，或添加二氧化钛、建筑垃圾、小苏打或采矿过程中通常被丢弃的粘土等成分。其他团队甚至尝试使用微藻来种植所需的石灰石。

二、首个硅酸盐负碳水泥的诞生

一家名为Brimstone Energy的加利福尼亚州初创公司（该公司的财务支持者包括比尔盖茨的突破能源风险投资公司）为一种新工艺申请了专利，该工艺将波特兰水泥（最常用的类型）的排放量降至零。与可再生能源一起使用，该过程实际上是不会产生二氧化碳的，这意味着水泥可以从气候问题变成解决方案。

“我们可以将水泥行业从气候问题转变为气候解决方案，” Brimstone Energy在其网站上表示。他们通过制造负碳水泥的突破性工艺来改变这一点，这是制造商一百多年来所依赖的完全相同的材料，现在对气候产生了积极影响。

Brimstone Energy改用另一种岩石，硅酸钙，当它被加热制成石灰时不会产生二氧化碳。它只会产生二氧化硅，这是一种可用于替代粉煤灰的副产品，粉煤灰是一种来自燃煤发电厂的废物，是典型水泥中的另一种成分。而随着燃煤电厂的消失，粉煤灰这种材料的可用性越来越低，而且它是标准产品中的另一个排放源。

“奇迹材料”

“Brimstone Energy不仅找到了一种方法来消除水泥制造过程中的排放，它的创新创造了一个机会，我们的建筑环境可以成为碳汇，“突破能源风险投资公司的Carmichael Roberts说，该公司去年领导了硫磺石的55万美元A轮融资。Roberts称这是“一种神奇的材料”，对社会和经济的基础设施至关重要。这意味着用负碳硫磺波特兰水泥建造的建筑物和桥梁可以成为气候解决方案的一部分，而不是棘手的责任。

“几十年来，企业家一直在努力开发水泥配方，以吸收更多的二氧化碳，或者以更少的质量提供相同的强度，或者以污染较少的比例混合水泥成分，”DCVC的联合创始人兼管理合伙人Zachary Bogue说，该公司刚刚与Breakthrough Energy Ventures一起投资了Brimstone Energy的种子轮融资。“没有一个替代方案效果很好：封存只捕获了二氧化碳的一小部分，而弄乱水泥的配方让关注结构完整性的监管机构感到担忧。

当Brimstone Energy处理硅酸钙时，最终也会得到成堆的镁，这是一种自然吸收空气中二氧化碳的物质。这意味着即使水泥现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“将是高度负碳的”。

该公司目前正在设计其第一个试点工厂，并将与现有的水泥和混凝土制造商合作。当产品上市时，预计其成本将与传统的波特兰水泥相同，甚至更低。芬克说，这是它迅速被采用的唯一途径，并指出，“我的变革理论是，事情从来没有从更便宜到更昂贵。它们总是从更贵到更便宜。

三、生物炭使水泥能持续吸收二氧化碳20年

近日，华盛顿州立大学（WSU）的工程师已经开发出一种制造混凝土的新方法，吸收的碳要比排放的多。

在此项研究中，WSU的研究人员调查了一种涉及生物碳的新方法，生物碳是一种由有机废物制成的木炭。虽然生物炭以前曾被添加到水泥中，但这次研究小组首先使用混凝土冲洗废水对其进行处理。这提高了它的强度，并允许更高比例的添加剂被混合进去。鉴于生物炭能从空气中吸收其重量23%的二氧化碳，因此，这种新型水泥的特殊之处在于注入生物炭，成功研制出了这种新型负碳环保水泥。这也就意味着可以帮助水泥生产厂家减少二氧化碳的排放，达到环保减排的效果。

在实验中，研究小组制造了含有30%处理过的生物炭的水泥，并发现由此产生的混凝土是负碳的--它实际上吸收的二氧化碳比生产该材料时排放的二氧化碳还要多。根据研究人员的计算，1公斤（2.2磅）30%的生物碳混凝土比其生产过程中释放的二氧化碳多出约13克（-0.5盎司）。这听起来可能不多，但考虑到普通混凝土通常每1公斤材料要释放约0.9公斤（2磅）的二氧化碳，有着鲜明的差异。

研究小组说，如果在他们的分析里考虑到下游的差异，总收益可能会更好。例如，将生物炭用于像这种混凝土这样的环保目的，可以将其制成的生物质从可能释放更多二氧化碳的其他命运中转移出来。此外，新的混凝土预计将在其几十年的工作寿命中继续吸收二氧化碳。

重要的是，生物炭混凝土还能保持其强度。当28天后测量时，混凝土的抗压强度为27.6兆帕（4,003磅/平方英寸），与普通混凝土差不多。

研究人员计划继续优化和扩大该方法，并测试所产生的混凝土的抗风化和其他类型的损害的程度。

该研究成果的发布，不仅受到了国内外媒体的广泛关注，也得到了全球环保组织的一致好评。可以预见，这种新型负碳环保水泥将在未来得到广泛应用，推动水泥行业实现可持续发展。