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我见到过许多旨在对抗气候变化的技术,比如氢动力飞机、水下采矿机器人和核聚变反应堆,它们都极富开创性,每一个都有望在减少温室气体排放方面发挥作用。
但我也见过一些看似平平无奇的方法,比方说建筑材料。按质量计算,世界上使用最多的材料是水泥。但对于气候而言水泥是很可怕的,它造成的温室气体排放量约占总排放量的 8%。
好消息是,一些公司正在努力扭转水泥对气候的影响。它们可能没有机器人听起来那么令人兴奋,但我注意到这个领域有一些非常吸引人的创新。所以,现在让我们深入探讨下水泥为什么对气候很重要,再了解一下改善这种常见材料背后可能需要的技术。
(来源:Pixabay)
水泥本质上是建筑物的胶水
在深入讨论之前,让我们先弄清楚一些定义。水泥,本质上是建筑物的胶水。它的任务是把材料结合在一起,这样我们就可以建造东西了。水泥与水、沙子或砾石混合制成混凝土,混凝土变硬后可用于制造建筑物或道路。
之所以说水泥是“气候变化的梦魇”,有两个主要原因。第一个是,它的制造过程通常涉及到极高的温度大约 1400 摄氏度。要达到这种高温,我们就要燃烧一些东西,通常是煤一类的化石燃料。钢铁生产等其他重工业也面临同样的问题。
水泥的气候影响的另一个主要挑战是石灰的基本化学成分,而石灰是水泥的关键成分。
在制作水泥时,人们通常从石灰岩(limestone)开始,其中含有钙、氧气和碳。要制造一种能与水和其他材料发生反应并硬化的材料,你需要把石灰岩变成石灰,里面只包含钙和氧气。
你应该已经意识到了,石灰岩中的碳最终不会进入石灰。这些碳会与氧气结合,这个过程会释放出二氧化碳,最臭名昭著的温室气体。
如果你觉得化学式更直观,下面这个就是:
CaCO3(石灰岩) + heat(热量) →CaO(生石灰,氧化钙) +CO2(二氧化碳)
只要使用这种方式制造水泥,就会释放出二氧化碳,这是不可避免的。
给正在混合的混凝土添加二氧化碳
想要减少水泥对气候的影响,一个主要方法是减少石灰的使用。但这样做必须小心谨慎,因为你不想最终得到不那么坚固或耐用的水泥。而加入少量的填充物可以帮助减少所需要使用的石灰,并且不影响水泥的性能。
CarbonCure 公司提供了一种有趣的方法,给正在混合的混凝土中添加一些二氧化碳,它会与混合物中的成分发生反应并变硬,这一过程也被称为矿化。
这本质上是在做与我上面描述的水泥制造过程相反的事情——将二氧化碳添加回来。以一种可控的方式这样做,可以帮助捕获一些二氧化碳,同时也可以减少最终产品中使用的石灰总量。
最近,CarbonCure 公司宣布,它已经使用从大气中直接提取出的二氧化碳制造出了水泥,这一过程被称为直接空气捕获。该公司将二氧化碳加到了一些废水中,否则其反应性太强,无法再利用。
在演示中,CarbonCure 与一家名为 Heirloom 的加州初创公司合作,成功捕获了二氧化碳。两家公司表示,这是第一次用从大气中捕获的二氧化碳来制造水泥。
不过,这个过程现在只适用于很小的规模,而且关于直接捕获的空气是否可以廉价且有效地完成任务,还有很多尚未解决的问题。但 CarbonCure 的方法可能有助于减少建筑过程中的一些气候污染,同时也有助于清理大气中已经存在的排放。
从零开始改造水泥
其他组织也在试图从零开始改造水泥。
我最近采访了蒋业明()和利亚·埃利斯(),他们是 Sublime Systems 公司的创始人,这是一家总部位于波士顿的水泥初创公司,最近筹集了 4000 万美元的资金。和都有制造电池的背景,他们决定用自己的技能来重新思考水泥制造。
还记得我说过的水泥对气候造成伤害的两个原因吗?Sublime Systems 正在努力从两个方面同时入手。
首先,他们试图用电来取代水泥制造过程中所需的热量。此前,和发现他们可以在无需高温或化石燃料的情况下,将石灰岩转化为石灰,所采取的方法是利用电实现类似的反应。
如果电力来自可再生能源,Sublime Systems 公司的方法可以让水泥的碳排放量减少 70%。
至于由水泥化学成分造成的排放,有几种可能的解决方案。首先,解释说,他们的制备过程可以更容易地捕获、使用或存储二氧化碳,因为它将是浓缩且温度较低的。这意味着他们不需要用到那些碳捕获和存储所需的昂贵设备。
他们的工艺最终也可能用到其他的原材料,包括一些不含碳的材料,所以他们根本不会产生二氧化碳。
对于 Sublime Systems 或其他致力于重塑重工业的公司来说,还有很长的路要走。“这将会很难实现,”说,“我们这样做不是因为觉得这很容易。”
如今,该公司的工厂每年可以生产大约 100 吨水泥。为了在成本上获得竞争力,Sublime Systems 需要生产与传统商业工厂相同规模的水泥,后者每年可以生产约 100 万吨水泥。目前,Sublime Systems 计划在 2028 年做到这一点。
支持:Ren
原文:
https://www.technologyreview.com/2023/02/09/1068083/climate-solution-cement/
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