世界上最大的行业之一——也是温室气体排放的主要生产者——可能终于开始采取行动应对气候变化。
世界水泥协会最近举办了首届全球气候变化论坛，行业领导者和科学家在论坛上讨论了减少该行业碳足迹的策略。这将有助于制定气候行动计划，世界水泥协会计划在 9 月份发布该计划，旨在概述低碳水泥生产的途径。
世界水泥协会气候变化项目主任伯纳德·马蒂厄在一份声明中表示：“全球气候变化论坛明确指出，如果要实现《巴黎气候协定》的目标，刺激创新至关重要。”
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
虽然各行各业都在探索减少碳足迹的方法，但水泥行业——听起来可能并不光鲜亮丽——却是最值得加入讨论的行业之一。
水泥是世界上使用最广泛的人造材料——与水混合后形成混凝土，用于建造从建筑物和桥梁到道路和人行道以及各种其他基础设施的一切。
虽然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主要来源。国际能源署估计，水泥单独占全球碳排放量的约 7%。这使其成为世界第二大工业排放源，仅次于钢铁行业。
这个问题经常受到公众的忽视。但科学家们的担忧正在上升。随着全球人口的增长，一些估计表明，到 2050 年，水泥产量可能会增加多达 23%。一些专家认为，除非该行业大幅减少排放，否则可能会危及《巴黎协定》的全球气候目标。
国际能源署和行业主导的水泥可持续发展倡议组织发布的一份 4 月份的报告 指出，该行业目前的状况与实现 2 摄氏度温升目标的轨迹不符。报告指出，要实现这一目标，“意味着水泥制造商需要付出更大的努力来减少排放。”
解决方案竞赛
硅酸盐水泥——世界上使用最广泛的水泥类型，也是许多现代建筑规范中指定的材料——在近 200 年前获得了专利，并已成为建筑环境中不可或缺的组成部分。加州大学洛杉矶分校土木与环境工程教授高拉夫·桑特表示，自那以后，生产过程几乎没有变化。
他告诉 E&E 新闻：“工艺效率有所提高，但总的来说，并没有太大变化。”
这对气候来说是一个大问题，因为该过程会释放大量二氧化碳。该行业巨大的碳足迹部分源于其高燃料需求，而这些需求主要由化石燃料满足。但超过一半的排放量——一些估计甚至高达三分之二——实际上来自化学生产过程本身，该过程会释放大量二氧化碳作为副产品。
硅酸盐水泥主要用石灰石生产，石灰石是一种主要由称为碳酸钙的化合物组成的岩石。为了生产粘稠的、具有粘合性的水泥，必须将石灰石加热到高温——根据普林斯顿大学土木与环境工程专家克莱尔·怀特的说法，大约 1500 摄氏度。
她指出，仅剧烈的加热过程本身就需要大量的燃料。但这也会导致石灰石发生化学分解，留下一种称为氧化钙的化合物，用于最终的水泥产品，并将二氧化碳气体释放到大气中。
水泥使用的特定配方以及它长期以来保持不变的事实，使得该行业在气候行动方面异常具有挑战性。上个月在《科学》杂志上发表的一篇 评论 评估了各种“难以脱碳”的服务和过程。它指出，解决水泥问题没有单一的解决方案——需要多种方法，包括材料和制造过程本身的重大变革。
近年来，这个问题引起了主要国际组织的关注，其中一些组织现在正在为该行业提供有关如何减少碳排放的建议。国际能源署的 4 月份报告包含了一份低碳技术路线图，旨在到 2050 年将水泥行业的排放量减少 24%。该报告概述了各种可能有助于实现该目标的策略——从替代燃料到碳捕获技术，再到水泥产品本身的新化学配方。
世界各地的研究小组已经在着手解决许多这些问题。一些小组正在研究化学配方，以减少水泥中“熟料”（需要加热石灰石的物质）的用量。
普林斯顿大学工程师怀特领导着该大学的可持续水泥研究小组，该小组正在研究如何完全消除对熟料的需求。她指出，可以使用其他物质代替熟料来制造类似水泥的产品，包括来自其他行业的回收副产品，例如钢渣、燃煤设施的粉煤灰或某些类型的粘土。怀特说，用称为碱的特殊化合物处理这些物质“可以使粉末具有反应性”，“与硅酸盐水泥混凝土中的分子相比，我们可以在分子水平上形成类似的结构单元。”
她说，尽管如此，对于与碱激活水泥相关的碳排放量究竟有多少，还存在一些争议，这有时会使碱激活水泥难以与硅酸盐水泥进行比较。这部分取决于过程中使用的碱源的具体类型和用量，以及材料的运输距离。怀特说，一些估计表明，与硅酸盐水泥相比，这种做法有可能将排放量降低 40% 到 80%。
其他研究人员则专注于不同的策略。加州大学洛杉矶分校工程师桑特参与了一个研究团队，该团队正在开发一种他们称为“CO2NCRETE”的产品。该过程依赖于“碳升级利用”——利用从工业活动中捕获的二氧化碳排放来生产类似水泥且可能实现碳中和的建筑材料。桑特说，CO2NCRETE 工艺的独特之处在于它可以按原样利用捕获的碳排放，而无需额外的处理。
其他专家指出，混凝土自然会吸收二氧化碳。这是一个缓慢的过程，但经过几十年，它可能能够吸收最初通过石灰石加热过程排放到大气中的大量排放物。
《自然地球科学》杂志上发表的 2016 年的一篇论文 表明，世界混凝土已经吸收了约 43% 的原始排放物。桑特指出，可能有一些方法可以加速或加强这种吸收过程——这是他自己的研究小组正在关注的领域。
加州大学尔湾分校地球系统科学家史蒂文·戴维斯是《自然地球科学》论文以及上周《科学》杂志评论的作者之一，他指出，混凝土的吸收潜力意味着可能有一些方法可以使水泥生产实现碳负性。
例如，如果所有水泥生产设施都配备了碳捕获和封存技术，那么现场产生的大量排放物就可以被阻止进入大气层。他告诉 E&E 新闻，随后，生产的混凝土将吸收更多的二氧化碳，这最终可能相当于“从大气中净吸收”。
虽然不同的研究小组专注于不同的方法，但国际能源署的技术路线图表明，要足够快地减少排放以帮助实现全球气候目标，就需要各种策略协同工作。怀特认为，这可能是最成功的方法。
她说：“就近期可以提供帮助或我们可以使用的技术而言，可能存在领跑者，但这并不意味着我们不应该关注未来更具创新性的材料。”“我们不仅需要关注一种技术来应对与混凝土行业相关的可持续性问题。”
前路漫漫
尽管人们对研发的兴趣日益浓厚，但实施这些解决方案仍然存在障碍。其中之一是缺乏政策激励措施，以说服水泥制造商投资新技术。
戴维斯说：“就主要生产商而言，我不清楚这是否是一个非常重要的优先事项。”“我感觉不到他们认为这是一个可能颠覆市场的领域。”
排放上限或碳定价系统是一些最常被讨论的解决方案。尽管如此，即使在存在此类框架的地方，也可能出现问题。
过去，欧盟排放交易体系因向包括水泥生产商在内的大型污染企业提供免费碳排放配额而受到批评。英国组织 CDP（倡导提高企业环境足迹透明度）最近发布的一份 报告 指出，“对该行业的碳监管仍然宽松，欧洲的该行业继续从过剩的免费配额中获益。”该报告建议，碳价格可能需要上涨三到六倍才能刺激碳捕获和其他创新技术的采用。
还存在其他挑战。桑特指出，水泥行业是一个非常保守的行业——而且并非没有道理。基本基础设施（如建筑物和桥梁）的建设，对安全性以及对引入更新、未经充分验证的材料抱有很大的担忧。
桑特说：“由于我们使用这种材料的时间如此之长，因此用户对其具有很高的信心。”这可能使该行业比其他行业更抗拒创新。
政府监管机构在建筑规范方面可能也同样保守。怀特说，在美国、欧洲和许多其他发达国家，这些规范通常基于硅酸盐水泥化学。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——这可能并不总是容易获得。
她说：“在这个领域正在积极开展工作，以努力向规范组织提供必要的信息，说明他们如何扩充规范，以促进建筑材料的更多创新。”这意味着需要关于如何减少该行业排放的新思路，同时证明这些新产品是安全的。
虽然研究兴趣正在增长，但目前私营部门的进展正在出现，但可能进展缓慢。
CDP 最近的报告评估了全球 13 家最大的上市水泥公司在低碳转型方面的准备情况。报告表明，这些公司的排放量平均每年下降约 1%。但报告指出，这远远不足以跟上符合 2 摄氏度气候目标的轨迹。该报告还指出，与其他行业相比，研发投资占销售额的比例较低。
尽管如此，世界水泥协会最近的气候变化论坛可能表明，该行业已开始推动采取更多行动。专家们正在探索的各种不同方法可能有助于使道路变得更加容易。
桑特说：“您不想试图在一夜之间强加改变——您希望能够分阶段改变。”“您希望能够评估较低风险和较高风险的途径，以便真正创建一揽子解决方案，而不仅仅是适合特定事物的解决方案。”
转载自 Climatewire，经 E&E 新闻许可。E&E 在 www.eenews.net 上每日报道重要的能源和环境新闻。