科學探索：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。
混凝土中的結合元素——水泥，其生產占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，全世界年產量約260億噸。預計混凝土的產量在接下來的至少20年內也不會減少。
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可能對氣候變化產生深遠的影響。
作為正在致力于解決基礎設施和建筑問題的工程師們，我們一直在設計下一代可減少基礎設施的碳足跡，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)已經足夠成熟至可以產生巨大變化，尤其是在拜登政府承諾在基礎設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)副產品如鐵渣和粉煤灰現(xiàn)在經常用于減少所需的水泥量，這一改變顯著降低了所產混凝土的碳排放量。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，這將減少相關的排放量。CarbonCure和Solidia等公司已經開發(fā)了將這些工藝用于澆筑在建筑工地和預制的混凝土（例如煤渣塊和其他建筑材料）中的技術。
在密歇根大學，我們正在研究生產可彎曲混凝土材料的復合材料，這種材料的結構可以更薄、韌性更好，減少所需的鋼筋，從而進一步減少相關的碳排放。通過對材料進行工程設計，設計出易于與CO2反應并將其轉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、水和能源的基礎設施，以及運輸基礎設施。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)
盡管這些尖端技術可以開始解決混凝土基礎設施的碳足跡，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固化方案的標準。實驗表明，CO2固化可以提高混凝土的強度和耐久性，但其結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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融合基礎設施和氣候政策
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的藍圖。
在全國范圍內，聯(lián)邦政府管理的基礎設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)略基礎設施計劃來創(chuàng)造就業(yè)機會。
交通部長皮特·布蒂吉格（Pete Buttigieg）最近宣布，“在推進美國基礎設施建設方面，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



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