科學(xué)探索：加入了二氧化碳的混凝土，或可促進全球減排

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導(dǎo)致氣候變化的最大元兇之一就在你的腳下，而改變它是一個減少溫室氣體的有力解決辦法。
混凝土中的結(jié)合元素——水泥，其生產(chǎn)占2018年全球二氧化碳總排放量的7％?；炷潦堑厍蛏献畛Ｓ玫馁Y源之一，全世界年產(chǎn)量約260億噸。預(yù)計混凝土的產(chǎn)量在接下來的至少20年內(nèi)也不會減少。
鑒于該行業(yè)的規(guī)模及其排放的溫室氣體，可重塑混凝土的技術(shù)可能對氣候變化產(chǎn)生深遠的影響。
作為正在致力于解決基礎(chǔ)設(shè)施和建筑問題的工程師們，我們一直在設(shè)計下一代可減少基礎(chǔ)設(shè)施的碳足跡，并提高耐用性的混凝土。這其中包括將CO2注入混凝土來鎖住溫室氣體，使其強度更高，甚至可以彎曲。
這個行業(yè)已經(jīng)足夠成熟至可以產(chǎn)生巨大變化，尤其是在拜登政府承諾在基礎(chǔ)設(shè)施項目上進行大量投資并同時減少美國的排放量時。但是，要想將CO2廣泛地用于混凝土中，以大幅度減少排放，就必須考慮所有與之相關(guān)的排放。
對混凝土的重新思考
混凝土由骨料——主要是巖石和沙子，以及水泥和水組成。
因為80%的混凝土的碳足跡都從水泥中來，所以研究人員一直致力于尋找可替代的材料。
工業(yè)副產(chǎn)品如鐵渣和粉煤灰現(xiàn)在經(jīng)常用于減少所需的水泥量，這一改變顯著降低了所產(chǎn)混凝土的碳排放量。替代粘合劑，例如石灰石煅燒粘土，也可以減少水泥用量。一項研究發(fā)現(xiàn)，使用石灰石和煅燒粘土等材料可以減少至少20％的排放量，同時降低生產(chǎn)成本。
除了開發(fā)混合水泥外，研究人員和公司還致力于開發(fā)將捕獲的CO2鎖入混凝土用作組成成分，防止其進入大氣的方法。CO2可以以聚集體的形式被添加，或在混合過程中被注入。在混凝土澆筑后，也可以使用碳酸固化，將CO2鎖入，這也被稱為CO2固化。這些過程將CO2從氣體轉(zhuǎn)化為礦物，生成固體碳酸鹽來提高混凝土的強度。 這意味著建筑時會需要更少的水泥，這將減少相關(guān)的排放量。CarbonCure和Solidia等公司已經(jīng)開發(fā)了將這些工藝用于澆筑在建筑工地和預(yù)制的混凝土（例如煤渣塊和其他建筑材料）中的技術(shù)。
在密歇根大學(xué)，我們正在研究生產(chǎn)可彎曲混凝土材料的復(fù)合材料，這種材料的結(jié)構(gòu)可以更薄、韌性更好，減少所需的鋼筋，從而進一步減少相關(guān)的碳排放。通過對材料進行工程設(shè)計，設(shè)計出易于與CO2反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為礦物的較小顆粒，以最大程度地存儲CO2。
基于CO2的可彎曲混凝土可用于一般建筑、水和能源的基礎(chǔ)設(shè)施，以及運輸基礎(chǔ)設(shè)施。日本大阪的61層北濱塔和密歇根州伊普西蘭蒂的行車橋板均使用了可彎曲混凝土。


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排放周期的挑戰(zhàn)
盡管這些尖端技術(shù)可以開始解決混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的碳足跡，但障礙仍然存在。
在一項研究中，我們研究了注入CO2的混凝土的排放周期，發(fā)現(xiàn)估算值并不總是能抵消CO2的收集、運輸和使用所產(chǎn)生的排放。因此我們與同事一起，提出了確保碳固化能有強大排放效益的策略。
總體而言，我們建議制定CO2固化方案的標(biāo)準(zhǔn)。實驗表明，CO2固化可以提高混凝土的強度和耐久性，但其結(jié)果因特定的固化程序和混凝土混合物而異。研究改善固化過程中的條件和步驟時間可以提高混凝土的性能。用電量——固化過程中的最大排放源，可以通過簡化流程減少，甚至可能用廢熱代替。
使用一些耐用性更高的先進混凝土混合物，尤其是可彎曲的混凝土，或能解決這些問題。


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融合基礎(chǔ)設(shè)施和氣候政策
2020年，各行各業(yè)的公司都宣布邁出了減少碳排放的一步。但是，要改變建筑業(yè)，仍然需要政府的投資和采購政策。
地方政府正在邁出第一步。全國各地都出現(xiàn)了“低碳混凝土”的法規(guī)和項目，以減少混凝土中的水泥含量。其中包括加利福尼亞州的馬林縣、紐約的哈德斯廷·哈德遜、以及俄勒岡州波特蘭市的試點人行道。
在紐約和新澤西州，立法者提出了州級的政策，在招標(biāo)過程中為混凝土排放量最低的提案提供價格折扣。這些政策可以作為減少碳排放在混凝土或其他建筑材料中生產(chǎn)的藍圖。
在全國范圍內(nèi)，聯(lián)邦政府管理的基礎(chǔ)設(shè)施的潰爛一直是一個持續(xù)增長的危機。 拜登政府可以著手解決這些問題以及氣候變化，并通過戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施計劃來創(chuàng)造就業(yè)機會。
交通部長皮特·布蒂吉格（Pete Buttigieg）最近宣布，“在推進美國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，存在創(chuàng)造就業(yè)機會，促進公平和實現(xiàn)氣候成就的巨大機會?！?將低碳混凝土提升為全國性氣候解決方案的政策可能會隨之而來。
撰文：Lucca Henrion，密歇根大學(xué)全球二氧化碳倡議研究員。
翻譯：祝青怡
審校：馬一瑗
引進來源：theconversation
引進鏈接：https://theconversation.com/bendable-concrete-and-other-co2-infused-cement-mixes-could-dramatically-cut-global-emissions-152544
本文來自：環(huán)球科學(xué)



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