我见到过许多旨在对抗气候变化的技术，比如氢动力飞机、水下采矿机器人和核聚变反应堆，它们都极富开创性，每一个都有望在减少温室气体排放方面发挥作用。

但我也见过一些看似平平无奇的方法，比方说建筑材料。按质量计算，世界上使用最多的材料是水泥。但对于气候而言水泥是很可怕的，它造成的温室气体排放量约占总排放量的 8%。

好消息是，一些公司正在努力扭转水泥对气候的影响。它们可能没有机器人听起来那么令人兴奋，但我注意到这个领域有一些非常吸引人的创新。所以，现在让我们深入探讨下水泥为什么对气候很重要，再了解一下改善这种常见材料背后可能需要的技术。

（来源：Pixabay）

水泥本质上是建筑物的胶水

在深入讨论之前，让我们先弄清楚一些定义。水泥，本质上是建筑物的胶水。它的任务是把材料结合在一起，这样我们就可以建造东西了。水泥与水、沙子或砾石混合制成混凝土，混凝土变硬后可用于制造建筑物或道路。

之所以说水泥是“气候变化的梦魇”，有两个主要原因。第一个是，它的制造过程通常涉及到极高的温度大约 1400 摄氏度。要达到这种高温，我们就要燃烧一些东西，通常是煤一类的化石燃料。钢铁生产等其他重工业也面临同样的问题。

水泥的气候影响的另一个主要挑战是石灰的基本化学成分，而石灰是水泥的关键成分。

在制作水泥时，人们通常从石灰岩（limestone）开始，其中含有钙、氧气和碳。要制造一种能与水和其他材料发生反应并硬化的材料，你需要把石灰岩变成石灰，里面只包含钙和氧气。

你应该已经意识到了，石灰岩中的碳最终不会进入石灰。这些碳会与氧气结合，这个过程会释放出二氧化碳，最臭名昭著的温室气体。

如果你觉得化学式更直观，下面这个就是：

CaCO3（石灰岩） heat（热量）→CaO（生石灰，氧化钙） CO2（二氧化碳）只要使用这种方式制造水泥，就会释放出二氧化碳，这是不可避免的。

给正在混合的混凝土添加二氧化碳

想要减少水泥对气候的影响，一个主要方法是减少石灰的使用。但这样做必须小心谨慎，因为你不想最终得到不那么坚固或耐用的水泥。而加入少量的填充物可以帮助减少所需要使用的石灰，并且不影响水泥的性能。

CarbonCure 公司提供了一种有趣的方法，给正在混合的混凝土中添加一些二氧化碳，它会与混合物中的成分发生反应并变硬，这一过程也被称为矿化。

这本质上是在做与我上面描述的水泥制造过程相反的事情——将二氧化碳添加回来。以一种可控的方式这样做，可以帮助捕获一些二氧化碳，同时也可以减少最终产品中使用的石灰总量。

最近，CarbonCure 公司宣布，它已经使用从大气中直接提取出的二氧化碳制造出了水泥，这一过程被称为直接空气捕获。该公司将二氧化碳加到了一些废水中，否则其反应性太强，无法再利用。

在演示中，CarbonCure 与一家名为 Heirloom 的加州初创公司合作，成功捕获了二氧化碳。两家公司表示，这是第一次用从大气中捕获的二氧化碳来制造水泥。

不过，这个过程现在只适用于很小的规模，而且关于直接捕获的空气是否可以廉价且有效地完成任务，还有很多尚未解决的问题。但 CarbonCure 的方法可能有助于减少建筑过程中的一些气候污染，同时也有助于清理大气中已经存在的排放。

从零开始改造水泥

其他组织也在试图从零开始改造水泥。

我最近采访了蒋业明（Yet-Ming Chiang）和利亚·埃利斯（Leah Ellis），他们是 Sublime Systems 公司的创始人，这是一家总部位于波士顿的水泥初创公司，最近筹集了 4000 万美元的资金。蒋和埃利斯都有制造电池的背景，他们决定用自己的技能来重新思考水泥制造。

还记得我说过的水泥对气候造成伤害的两个原因吗？Sublime Systems 正在努力从两个方面同时入手。

首先，他们试图用电来取代水泥制造过程中所需的热量。此前，蒋和埃利斯发现他们可以在无需高温或化石燃料的情况下，将石灰岩转化为石灰，所采取的方法是利用电实现类似的反应。

如果电力来自可再生能源，Sublime Systems 公司的方法可以让水泥的碳排放量减少 70%。

至于由水泥化学成分造成的排放，有几种可能的解决方案。首先，埃利斯解释说，他们的制备过程可以更容易地捕获、使用或存储二氧化碳，因为它将是浓缩且温度较低的。这意味着他们不需要用到那些碳捕获和存储所需的昂贵设备。

他们的工艺最终也可能用到其他的原材料，包括一些不含碳的材料，所以他们根本不会产生二氧化碳。

对于 Sublime Systems 或其他致力于重塑重工业的公司来说，还有很长的路要走。“这将会很难实现，”埃利斯说，“我们这样做不是因为觉得这很容易。”

如今，该公司的工厂每年可以生产大约 100 吨水泥。为了在成本上获得竞争力，Sublime Systems 需要生产与传统商业工厂相同规模的水泥，后者每年可以生产约 100 万吨水泥。目前，Sublime Systems 计划在 2028 年做到这一点。

支持：Ren

原文：

https://www.technologyreview.com/2023/02/09/1068083/climate-solution-cement/