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Michael Purton
论坛议程高级撰稿人
全球水泥制造约占全球二氧化碳排放总量的8%。
按照目前的发展轨迹，该行业的排放量将飙升至每年38亿吨。
世界经济论坛的一份新报告概述了水泥和混凝土行业的四条主要脱碳途径。
据说，如果水泥行业是一个国家，它将是世界第三或第四大二氧化碳排放国。2022年全球水泥制造业产生了16亿公吨二氧化碳，约占世界二氧化碳总排放量的8%。
减少水泥生产过程中的碳排放量对于实现全球气候目标至关重要。
自本世纪初以来，水泥生产产生的排放量增加了一倍多。图片来源：Statista
当然，水泥是混凝土的关键成分——因此，一个显而易见的解决方案是减少世界所需的混凝土量。但混凝土是继水之后使用最广泛的第二大材料，随着人类社会城市化和对基础设施的需求增长，预计到本世纪中叶，其全球年产量将从目前的140亿立方米增长到200亿立方米。
按照目前的做法，这一轨迹将导致该行业的二氧化碳排放量飙升至每年38亿吨。
世界经济论坛先行者联盟与德勤合作发布的一份最新洞察报告指出，与其他行业不同，水泥和混凝土生产中一半以上的排放来自工艺排放，而其他行业的排放大部分来自能源相关排放。因此，该行业要么需要为这个有着数千年历史的行业提供新颖的解决方案，要么需要高度依赖碳捕获。
以下是水泥和混凝土行业的四种主要脱碳途径以及对每种途径做出贡献的创新解决方案：
1. 切割熟料
熟料是水泥的主要成分，碳排放量极高，占水泥总排放量的90%。
用碳密集度较低的辅助胶凝材料替代熟料可直接解决与工艺相关的排放，但目前尚无可以完全大规模替代熟料的商业化解决方案。
然而，已有许多行之有效的方法可以显著减少制造水泥和混凝土所需的熟料量，其中最有前景的解决方案之一是LC3（石灰石煅烧粘土水泥），与传统水泥相比，它可以减少约40%的二氧化碳排放量。
LC3解决了熟料生产过程中产生的两个碳排放源。首先，它用煅烧粘土和磨碎的石灰石替代一半的熟料，这两种材料在加热时都不会像石灰石那样释放碳。其次，粘土被加热到更低的温度，这减少了所需的燃料量，意味着可以用电力代替化石燃料。
在其他地方，剑桥大学的科学家开发出了一种“零排放”技术来生产更清洁的熟料。
他们的替代工艺包括重新利用拆除建筑物中的水泥浆（其化学成分与石灰石相同），科学家表示，这每年可减排高达30亿吨的二氧化碳。
2. 替代石灰石
加热石灰石生产熟料占水泥生产排放量的50%。
因此，在熟料生产过程中，用替代化学药品和工艺来替代石灰石是减少排放的重要方法。
美国公司Brimstone开发出一种利用无碳硅酸钙岩石（世界各大洲表面均有储量）代替石灰石来制造水泥的工艺。
该公司表示，其工艺还可以去除空气中的二氧化碳，因为其岩石中含有镁，可以被动且永久地捕获大气中的二氧化碳。
Sublime Systems使用硅酸钙矿物或工业废料，通过电化学过程（而不是加热）来生产水泥。
Cemvision公司已开始试产完全由回收材料制成的无化石水泥。
这家瑞典公司不使用原始石灰石和化石燃料，而是回收采矿和钢铁产生的副产品，从而减少能源消耗并且不产生废物。
该公司将其水泥设计为“即插即用”，这意味着它可以与传统水泥一起融入现有建筑物中，以便快速采用。
3. 燃料转换和电气化
燃料转换和电气化对于降低能源相关排放至关重要。
使用脱碳电力对用于生产熟料的窑炉进行部分加热，并用低碳燃料替代品替代化石燃料来加热剩余部分，可以帮助逐步淘汰煤炭。
CoolBrook、SaltX和Rondo Energy都开发出了以电力或热能为基础的化石燃料窑炉和煅烧炉的替代品——在石灰石进入窑炉之前对其进行预热。
达到所需极高温度的另一种方法是聚光太阳能，这种方法已经由Synhelion（与Cemex合作）和Heliogen等初创公司进行了测试。
低碳燃料替代品在其他行业也很常见，从短期的临时解决方案（包括生物质和塑料废物）到长期替代品（例如绿色氢）。
4. 捕获碳
点源碳捕获是减少水泥和混凝土行业排放的关键方法，即将发电厂和工业设施等大型排放源产生的二氧化碳捕获并储存，以防止其释放到大气中。
全球水泥和混凝土协会的预测显示，碳捕获、利用和储存可减少36%的碳排放，成为减少水泥行业排放的最大杠杆。
挪威的航运小镇布雷维克成为世界上第一个拥有采用碳捕获和储存技术的水泥厂的地区。
海德堡材料水泥厂100米高的碳捕获和储存设施于8月开始安装，预计将于2024年底完工。
它将捕获熟料生产过程中产生的二氧化碳，防止气体排放到大气中，并且碳将被安全地储存在北海地下。
净零水泥生产
在去年迪拜举行的COP28会议上，各国同意启动“水泥和混凝土突破”倡议，力争到2030年在世界各个地区建立并发展近零排放水泥生产。
为了实现这一目标，广泛采用上述四种创新水泥和混凝土生产工艺至关重要。
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