零碳水泥工艺减少建筑业排放

本报讯 一项新技术可以利用建筑废料生产水泥。研究人员表示，到2050年，这项工艺可以减少数十亿吨的碳排放。相关论文5月22日发表于《自然》。

“我们已经明确证明，水泥可以被回收再利用。”英国剑桥大学的Julian Allwood说，“我们正朝着生产零碳排放水泥的方向前进。”

水泥行业污染严重，占温室气体排放总量的7.5%。但迄今人们还不知道如何在不影响气候的情况下大规模生产水泥。

制造水泥需要“熟料”，后者是将石灰石和黏土等原材料的混合物加热到1450摄氏度制成的。制造熟料所需的高温和化学反应都会造成碳排放——其生产占水泥总碳足迹的90%。

Allwood和同事已经开发出一种生产熟料的替代方法，其中包括重新使用从拆除的建筑物中回收的水泥浆料。它的化学成分与石灰助熔剂相同，后者是一种用于去除再生钢杂质的物质。

当钢熔化时，由旧水泥制成的助熔剂会形成一种漂浮在回收钢顶部的炉渣。一旦磨成粉末，炉渣就等同于熟料。它可以用来制造波特兰水泥，这是最常见的水泥。

如果回收的钢和水泥是由可再生能源或核能驱动的电炉生产的，那么这个过程几乎没有碳排放。“这个方法真的很简单。”Allwood说。

实验室实验已证明该工艺是可行的。研究团队估算，它提供了一种可与传统设备一起使用的“临时”解决方案，如果全球都采用这种新方法，每年可少排放30亿吨二氧化碳。

研究团队目前正与英国剑桥电力水泥公司以及建筑公司Balfour Beatty、Tarmac等合作伙伴开展工业试验。Allwood说：“在接下来的几周内，我们将开展一系列试验，每小时生产30吨水泥。”

扩大新型水泥生产工艺的规模，在一定程度上取决于回收钢的情况。目前回收炼钢约占全球钢铁产量的40%。Allwood表示，未来30年，随着该行业的脱碳，产量将至少翻一番，甚至可能是现在的3倍。

然而，挑战仍然存在。再生水泥工艺需要1600至1750摄氏度的炉温，略高于传统水泥生产的温度。英国利兹大学的Leon Black说，这将增加电力成本。

其他挑战包括建立旧水泥供应链、吸引必要的资本投资，以及说服这个以谨慎著称的行业大规模采用新工艺。

Black说：“他们制造出一种成分与波特兰水泥相同的材料，已经克服了一个障碍。问题出在细节上——能源需求、物流、规模扩大。”

（王方）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07338-8