會吸二氧化碳的綠色水泥

李月星

中國目前正處于城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的階段，城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中將大規(guī)模地使用水泥，使用水泥不僅會產(chǎn)生大量粉塵，而且對建筑工人的健康有一定影響。此外，水泥的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也會產(chǎn)生大量環(huán)境問題。據(jù)了解，通常情況下每生產(chǎn)一噸普通水泥需要排放近一噸左右的二氧化碳。令人欣慰的是，英國環(huán)境工程師尼古拉斯·瓦拉索普魯斯發(fā)明了一種綠色水泥，它不僅不排放二氧化碳，甚至還會吸收空氣中的碳，成為一種“碳負(fù)性水泥”。

“碳負(fù)性水泥”可以將生產(chǎn)水泥的原料碳酸鈣替換成氧化鎂，這樣每生產(chǎn)1噸水泥，不僅能中和生產(chǎn)過程中所排放的二氧化碳，還能從空氣中吸收0.1噸二氧化碳，整個過程呈現(xiàn)“碳負(fù)性”。這種技術(shù)有可能會給目前高排碳的水泥行業(yè)帶來一次大變革。

問題：水泥生產(chǎn)碳排放高

在2000多年前，羅馬人就開始將石灰、火山灰與石塊混合，制成混凝土，用于建造海港、紀(jì)念碑和房子。今天仍然可見到的羅馬萬神殿和圓形大劇場就是用這種材料建成的。

19世紀(jì)20年代，在英國利茲市，一個名叫約瑟夫·阿斯普丁的泥瓦匠發(fā)明了現(xiàn)代水泥。阿斯普丁在廚房里將黏土和磨得很細(xì)的石灰石粉混合在一起，進(jìn)行加熱。加水后，混合物變硬，就這樣，工業(yè)革命過程中必不可少的建筑材料產(chǎn)生了。由于這種材料看起來就像英國波特蘭島廣泛使用的一種建筑石材，阿斯普丁便把他的發(fā)明稱為“波特蘭水泥”。1824年，該項(xiàng)發(fā)明因“改進(jìn)了生產(chǎn)人造石的模式”而獲得專利。

目前，全球大型水泥公司都在尋找更環(huán)保的方式生產(chǎn)波特蘭水泥。他們加入爐渣，加入粉煤灰、氧化鎂，還試著加入礦物添加劑，以降低加工原料所需的溫度，技術(shù)不斷在進(jìn)步，但污染一直也沒有被消除。

2010年全球共計生產(chǎn)36億噸水泥，預(yù)計到2050年會再增加10億噸。使用水泥的優(yōu)點(diǎn)毋庸置疑：價格便宜，澆筑后會變得堅如磐石;但有個缺點(diǎn)就是臟，容易產(chǎn)生粉塵，粘在衣服上很難洗掉，這個問題一直困擾著建筑工人。

水泥的主要成分是含有大量碳酸鈣的石灰石，制造水泥需要燃燒化石燃料以加熱石灰石，加熱過程中，石灰石會釋放出大量的二氧化碳，二氧化碳進(jìn)入空氣中會加劇全球變暖。據(jù)了解，全球每年人為制造的二氧化碳排放量中，水泥生產(chǎn)占5%。

解決辦法：把二氧化碳吸收固化

瓦拉索普魯斯曾在倫敦帝國理工學(xué)院攻讀工程學(xué)碩士，他的導(dǎo)師克里斯托弗·奇斯曼教授說服他加入到檢驗(yàn)一家澳大利亞公司制造的新型水泥的項(xiàng)目中。這個澳大利亞公司曾在制造波特蘭水泥時加入氧化鎂，希望以此取代石灰石，減少二氧化碳排放量，因?yàn)槭沂仨毤訜嶂?600華氏度（1427攝氏度），但氧化鎂加熱至1300華氏度（704攝氏度）即可。燃燒生物質(zhì)燃料或者其他碳排放更少的燃料，就可以達(dá)到這樣的溫度，可以減少化石燃料的消耗。

但瓦拉索普魯斯很快就發(fā)現(xiàn)，這一方式并未能減少總體二氧化碳的排放量，甚至在一些實(shí)驗(yàn)中，其碳排放量增加了一倍。因?yàn)檠趸V本身就是通過加熱碳酸鎂而來的，這個過程中也會釋放二氧化碳。盡管這讓瓦拉索普魯斯和團(tuán)隊的研究人員陷入失望中，但他們?nèi)匀粵Q定找出別的辦法來解決這個問題。

當(dāng)各大水泥公司忙著在添加劑上做文章時，瓦拉索普魯斯選擇另辟蹊徑。他認(rèn)為波特蘭水泥已經(jīng)做到了極致，因此必須想想其他辦法才能生產(chǎn)出更好的水泥。此后，瓦拉索普魯斯決定找到一種不會釋放太多二氧化碳與生產(chǎn)氧化鎂的原料。經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的實(shí)驗(yàn)，他鎖定了一種叫硅酸鎂的物質(zhì)來生產(chǎn)氧化鎂。

這意味著，在某些情況下，水泥不僅是碳中性，甚至是碳負(fù)性的。瓦拉索普魯斯的新方法使得生產(chǎn)1噸水泥不但不排放二氧化碳，還能吸收0.1噸的二氧化碳，碳減排的效益十分可觀。并且硅酸鎂的獲取也不難，據(jù)估計，全球硅酸鎂的儲量高達(dá)10萬億噸。

綠色水泥的發(fā)展

在導(dǎo)師齊斯曼的幫助下，瓦拉索普魯斯在倫敦帝國學(xué)院一個高科技創(chuàng)新企業(yè)園區(qū)開辦了諾瓦希姆公司，研制新型水泥，并與世界幾家大型水泥公司合作。諾瓦希姆實(shí)驗(yàn)室是一片寬敞的車間，車間內(nèi)各種機(jī)器生產(chǎn)水泥時不僅會發(fā)出噪音，還充斥著灰塵。這里生產(chǎn)的水泥呈白色色調(diào)，但其實(shí)可以在水泥中添加各種顏色，想要什么顏色的水泥都沒問題，這家工廠現(xiàn)在每年可以制造大約5噸水泥。目前，公司還在籌建另外一家工廠，預(yù)計每年可生產(chǎn)200噸水泥。如果一切順利，瓦拉索普魯斯打算將配方推廣給全世界的水泥制造商。

環(huán)顧廠區(qū)四周，到處是用水泥建造的建筑物，歷經(jīng)數(shù)百年風(fēng)雨而不倒。對于諾瓦希姆公司來說，說服人們相信它的碳負(fù)性水泥沒有隱患問題是一個挑戰(zhàn)，要想證明自己的水泥經(jīng)久耐用，還需要時間。2009年，諾瓦西姆公司憑借“碳負(fù)性水泥”技術(shù)獲得英國一年一度的“燈芯草蠟燭大獎”，這是一項(xiàng)鼓勵科技發(fā)明的獎項(xiàng)。2010年，碳負(fù)性水泥被美國麻省理工學(xué)院主辦的《技術(shù)評論》雜志評為“十大新興技術(shù)之一”。

全球水泥產(chǎn)業(yè)每年的產(chǎn)值達(dá)1700億美元，鑒于人類現(xiàn)在極其關(guān)注碳排放問題，很多企業(yè)看到其中的商機(jī)，大量涌入這一領(lǐng)域。在綠色水泥研發(fā)方面，諾瓦希姆公司正與許多公司和大學(xué)研究中心競爭。

美國加利福尼亞州的卡利拉公司采取了非同尋常的方法：利用發(fā)電廠排放的二氧化碳，與海水或鹽水混合，制取碳酸鹽，再將其加入波特蘭水泥，可部分甚至全部取代石灰石。該研究目前已經(jīng)得到美國硅谷最有錢的綠色科技投資者維諾德·科斯拉提供的5000萬美元的投資。

美國路易斯安那理工大學(xué)則完全摒棄石灰石，采用一種名為地質(zhì)聚合物的物質(zhì)，用粉煤灰、氫氧化鈉和氫氧化鉀化合而成。這種物質(zhì)兼具有機(jī)物、陶瓷、水泥的特點(diǎn)，是一種性能優(yōu)異的新型膠凝材料。有了它，水泥生產(chǎn)過程中的灰塵問題也許會最終解決。

拓展：綠色建材與綠色建筑

綠色水泥只是眾多綠色建材中的一部分，綠色建材是指采用清潔生產(chǎn)技術(shù)、少用天然資源和能源，大量使用工業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)的建筑材料，這類材料無毒害、無放射性，有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康。

綠色建筑是綠色建材的最終呈現(xiàn)形態(tài)。20世紀(jì)六七十年代的環(huán)保運(yùn)動與20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，促使西方綠色建筑發(fā)端。“綠色建筑”是指“在一幢建筑的整個壽命周期中，在選址、設(shè)計、建造、運(yùn)行、維護(hù)、修整和拆除的全過程中，都對環(huán)境負(fù)責(zé)，高效使用資源的實(shí)踐，又稱為可持續(xù)建筑或高性能建筑”。中國的綠色建筑及綠色建材的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展勢頭迅猛，綠色建材的認(rèn)證機(jī)制已經(jīng)初步形成。2007年，依托于中國建筑材料科學(xué)研究總院，“綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”成立。目前，其主要研究成果有為交通隔聲降噪的“新型金屬系列聲屏障”、墻體屋面復(fù)合保溫材料等。