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作者：记者 倪伟波综合报道 来源： 发布时间：2018-8-1 14:56:28
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当下，气候变化问题无疑是全球关注的焦点。
当各行各业都在探索减少碳足迹的方法时，水泥行业——尽管听起来平淡无奇——却是造成温室效应的最大元凶之一。
水泥是目前使用最广泛的人造材料。它与水混合后会形成混凝土，可用于建筑、桥梁、道路和人行道等各种基础设施的建设。
尽管水泥在很大程度上塑造了现代建筑环境，但它也是大气中二氧化碳的重要来源。据国际能源署的估计，仅水泥行业的碳排放量就占全球碳排放总量的7%左右。这使水泥行业成为世界上第二大单一碳排放大户，仅次于钢铁行业。
尽管这是一个很少受到公众关注的问题，但是科学家们对此的担忧却在与日俱增。随着全球人口的增长，据估计，到2050年，水泥产量可能会增加23%。一些专家认为，除非该行业大幅减少排放，否则可能会致使《巴黎协定》的全球气候目标陷入危险境地。
国际能源署和世界水泥可持续发展倡议组织（Cement Sustainability Initiative）今年4月份发布的一份报告指出，以目前的形势来看，水泥行业与让全球“实现2摄氏度目标”的轨迹并不一致。要实现这一目标，就“意味着要加大力度减少水泥生产商的排放”。
排放大户
提及水泥，就不得不提波特兰水泥。
这是世界上使用最广泛的一种水泥类型，并且是许多现代建筑公司指定的产品。早在约200年前就已获得专利，并成为建筑环境的重要组成部分。此后，该产品的生产过程几乎没有改变，加州大学洛杉矶分校土木与环境工程教授Gaurav Sant介绍道，“尽管流程效率有所提高，但总的来说并没有大的改变。”
不过，这对气候而言却是个大问题，因为波特兰水泥在生产过程中会释放大量的二氧化碳。水泥行业巨大的碳足迹部分源于其极高的燃料需求，而这些需求主要是通过化石燃料得以满足。然而，超过一半的二氧化碳排放量——据估计可能高达三分之二——实际上来自于化学生产过程本身，其作为副产品会释放大量的二氧化碳。
波特兰水泥主要是由石灰石生产的，而石灰石又是一种主要由被称为碳酸钙的化合物组成的岩石。普林斯顿大学土木与环境工程专家Claire White表示，为了生产粘性极高的水泥，石灰石必须在1500摄氏度左右的高温下加热。
她指出，强烈的加热过程本身就需要大量的燃料。但加热过程也会导致石灰石发生化学分解，留下一种叫做氧化钙的化合物（这种化合物被用于最终的水泥产品中），同时将二氧化碳气体释放到大气中。
用于制造水泥的特定配料，以及其长期保持不变的事实，使水泥行业在应对气候变化上面对着不同寻常的挑战。实际上，解决水泥问题并没有单一的解决方案，这需要包括材料使用和制造过程本身的重大变化在内的多种方案共同起作用。
减排努力
近年来，这一问题引起了主要国际组织的关注，其中一些组织目前正就如何减少碳排放向水泥行业提出建议。
国际能源署等4月份发布的报告中就包含了一份低碳技术路线图，其目标是到2050年将水泥行业的排放量减少24%。此外，该报告还概述了各种有助于实现这一目标的战略——从替代燃料到碳捕获技术，再到水泥产品本身的新化学配料。
其实，世界各地的研究小组已经在着手解决其中的许多问题。一些研究小组正在研究水泥配料，以减少进入水泥中的“熟料（需要石灰石加热的物质）。
作为普林斯顿大学的可持续水泥组织的负责人，White正带领其团队成员研究如何彻底消除对熟料的需求。她指出，使用其他物质可以生产类似水泥的产品，包括从其他行业回收的副产品，如钢渣、燃煤设施的粉煤灰或某些类型的黏土。再用一种特殊化合物——碱金属来处理这些物质“可以使粉末起反应，” White说，“而且我们可以在分子水平上形成与波特兰水泥混凝土相类似的成分。”
尽管如此，人们仍在争论到底有多少碳排放与碱活化水泥有关。White指出，这在一定程度上取决于生产过程中所用的碱的种类和用量，以及原料的运输距离。她表示，据估计，与波特兰水泥相比，这种新做法有可能减少高达40%~80%的排放量。
除此之外，还有一些研究人员正专注于不同的策略。Sant正与一个研究团队合作开发一种他们称之为“CO2NCRETE”的产品。这一过程依赖于“碳回收再利用”，即利用工业活动中捕获的二氧化碳排放，来生产出一种类似水泥的、潜在的碳中性的建筑材料。
CO2NCRETE工艺是独一无二的，Sant表示，因为它可以原样利用捕获的碳排放，而无需额外的处理。其他专家指出，混凝土可以自然吸收二氧化碳。虽然这是一个缓慢的过程，但在几十年的过程中，它可能首先会通过石灰石加热过程吸收大量排放到大气中的排放物。
虽然不同的研究小组关注的点不同，但国际能源署的技术路线图建议，尽快减少排放，以帮助实现全球气候目标，需要多种策略的共同努力。White认为，这可能是最成功的方法。
“不久的将来，哪些东西可以提供帮助，哪些东西我们可以使用，在这些方面都可能会出现领先者，但这并不意味着我们不该考虑更多的创新材料，”她说。“为了与混凝土行业相关的可持续发展问题进行战斗，我们需要考虑的不仅仅是一项技术。”
道阻且长
如今，人们对研究和开发越来越感兴趣，但实施这些解决方案仍然障碍重重。其中之一便是缺乏政策激励措施，以说服水泥生产商投资新技术。
碳排放上限或碳定价系统是最常被讨论的解决方案之一。然而，即使是在存在这种框架的地方，也可能会出现问题。比如，欧盟排放交易系统（EU ETS）就曾因向包括水泥生产商在内的“污染大户”提供免费碳排放额度而饱受批评。
当然，还存在其他挑战。Sant指出，水泥行业是一个高度保守的行业。建筑物和桥梁等基础设施的建设，引起了人们对其安全性的极大关注以及对引入较新、经过较少验证的材料的高度担忧。
“因为我们一直在使用这种材料，所以很多用户对它都有信心，”Sant表示。这可能使这个行业比其他行业更抗拒创新。
在建筑法规方面，政府监管机构也同样保守。在美国，欧洲和许多其他发达国家，这些法规一般都是基于波特兰水泥，White指出。在建筑项目中使用不同的产品可能需要获得相应监管机构的批准，而这有可能不那么容易实现。
“这一领域正在积极开展工作，试图为规范组织提供必要的信息，从而有助于他们增加规范，以便在建筑材料方面进行更多的创新，”她说。这就意味着，在展示这些新产品是安全的同时，还需要对如何减少工业排放提出新的想法。
2018年6月末，世界水泥协会（WCA）首届全球气候变化论坛在法国巴黎召开。在这次论坛上，该行业领先者和科学家们共同商讨了减少该行业碳足迹的策略，将为WCA一项气候行动计划的制定有所裨益。该协会计划于9月份发布的这项计划，旨在为低碳水泥的生产指明道路。
“全球气候变化论坛明确表示，如果我们想要实现《巴黎协定》的气候目标，就必须促进创新，”WCA气候变化项目主任Bernard Mathieu在一份声明中如是说。
如今，水泥行业正开始采取更多的行动，专家们也在探索各种不同的方法可能会使“低碳水泥”这条路走得更为顺畅。
“你想要改变，但是改变不可能一夜之间发生，”Sant说。“能够评估低风险和高风险的路径，这样才能真正创建一系列解决方案，而不仅仅是针对特定事情的一个具体方案。”■
《科学新闻》 (科学新闻2018年7月刊 绿色)
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