吸碳水泥

將材料中的碳酸鈣或石灰?guī)r換成鎂硅酸鹽，全球水泥工業(yè)將獲得3億噸減排量，這約相當(dāng)于增加64億美元產(chǎn)值。照屆時(shí)全球水泥工業(yè)產(chǎn)值2500億美元計(jì)，這仍是一個(gè)明顯的增量。

2010年，全世界每年將生產(chǎn)超過30億噸水泥。

提及這個(gè)數(shù)字，不僅僅是因?yàn)槊恳粭澰诮ǖ慕ㄖ茧x不開水泥，更是因?yàn)樗俏磥矶趸紲p排的重點(diǎn)監(jiān)督對(duì)象。

按照目前國內(nèi)的平均水平，每生產(chǎn)一噸的水泥熟料，由碳酸鈣分解產(chǎn)生的二氧化碳就有0.5107噸，而這還僅僅是原料鍛燒分解階段的碳排放數(shù)字?！八嗌a(chǎn)過程中的二氧化碳排放分為直接排放和間接排放兩種，如若加上水泥窯燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳以及熟料生產(chǎn)電耗等階段產(chǎn)生的，總量大約為0.8噸。水泥業(yè)是名副其實(shí)的碳排放大戶?！贝匏仄颊f。作為北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的教授，她多年以來一直從事高性能水泥及建筑材料生產(chǎn)過程節(jié)能減排的研究工作。

與崔素萍所說的傳統(tǒng)水泥制造方法不同，英國的斯圖爾特·伊萬(SfuartEvan)規(guī)劃了一副全新的水泥地圖。斯圖爾特是英國Novacem公司的主席。水泥是公可的拳頭產(chǎn)品。不過Novacem的水泥有些不一樣，他們將原料碳酸鈣替換成鎂硅酸鹽，結(jié)果每生產(chǎn)一噸水泥，只排放0.5噸的二氧化碳。而且，用這種水泥建筑房屋，它還能吸收二氧化碳。為什么是碳負(fù)性?

“Novacem的水泥碳排放只有-0.1，也就是說，核算之后這種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?！彼箞D爾特說。

從二氧化碳排放大戶到“吃”碳先鋒，Novacerfi公司的改變僅僅是替換原料，用鎂硅酸鹽取代常用的碳酸鈣或石灰?guī)r。斯圖爾特在接受記者采訪時(shí)并沒有透露這一技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的，但分析了Novacem研制的這種水泥“碳負(fù)性”的原因：“我們?cè)陟褵嗍炝系倪^程中，把溫度從傳統(tǒng)的1500℃降低到了600℃，而且，新的水泥在硬化的時(shí)候也可以更多地吸收空氣中的二氧化碳，總體上降低自己的碳足跡?！?/p>

有必要來了解一下平常生活中無處不在的水泥。

目前使用的主要有通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類，其中產(chǎn)量占95％左右的是通用水泥，一般用來建造土木建筑工程，我們常說的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等都屬于通用水泥。它是以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料，5％以下的石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，國際上統(tǒng)稱為波特蘭水泥(Portland Cement)。

其實(shí)，Novacem公司采用鎂硅酸鹽取代常用碳酸鈣或石灰?guī)r制造水泥的技術(shù)不算新鮮。在建筑行業(yè)內(nèi)，這種辦法被稱為“鎂質(zhì)水泥制品”，一般都是采用氧化鎂、氯化鎂、水這三元體系經(jīng)配置相加改性劑而制成。1867年，法國人索瑞爾用具有一定濃度的氯化鎂水溶液與活性氧化鎂粉末調(diào)配后得到了“鎂水泥石”，由于這種水泥具有大理石般的光滑表面，被迅速的用于裝飾材料中，至今不少衛(wèi)浴產(chǎn)品都采用鎂硅酸鹽材料的制品。

與碳酸鈣或石灰?guī)r相比，鎂硅酸鹽原料中的碳分子減少，這也就保證了熟料鍛燒階段二氧化碳的釋放。但鎂硅酸鹽原料也臺(tái)有少量的碳分子，并不能完全杜絕二氧化碳的排放。斯圖爾特也承認(rèn)了這一點(diǎn)，“要在熟料的制作中就完全杜絕二氧化碳的排放是不可能的，我們只能是相應(yīng)地降低，通過降低煅燒溫度，新的一噸水泥只排放0.5噸二氧化碳，而過去這一數(shù)值為0.8?！?/p>

對(duì)于高硅酸鹽水泥來說，在原料煅燒過程中提高溫度可以在下配料的時(shí)候減少熔劑礦物，并且增加硅酸鹽礦物的合量和活性，最終達(dá)到提高熟料強(qiáng)度的目的。盡管并不清楚Novacem公司是如何在600℃的“低溫”環(huán)境下煅燒熟料的，但變成碳負(fù)性的原因卻可以分析得出。

水泥用適量水調(diào)和后，形成具有膠凝性質(zhì)的漿體，經(jīng)過凝結(jié)，強(qiáng)度逐漸增長而成為堅(jiān)硬的石狀體。“鎂硅酸鹽制成的鎂水泥漿硬化體在空氣中放置后。會(huì)較大量地吸收空氣中的二氧化碳形成MgC03(碳酸鎂)、MgCO₃·3HO₂O_{(三水碳酸鎂)、4MgCO3·MglOH)2·4H2O(堿式碳酸鎂)等水化物，這使得生產(chǎn)總體上是‘碳負(fù)性’的。”崔素萍教授說，在硬化中更多地吸碳，才是這個(gè)技術(shù)最核心的部分。水泥的碳排賬本}

對(duì)水泥減排的努力，Novacem公司并不是第一家。

早在2002年，澳大利亞生態(tài)技術(shù)公司就研發(fā)了一種采用廢料、粉煤灰、普通水泥和氧化鎂做成的“生態(tài)”水泥，利用有機(jī)廢料纖維來吸收二氧化碳。而科學(xué)家也嘗試用稻殼來生產(chǎn)水泥，因?yàn)榈練じ缓趸?SiO₂)，而該成分是混凝土的重要成分，美國得克薩斯州Chk集團(tuán)開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，將稻殼放入熔爐利用800℃高溫燃燒，最后剩下高純度的二氧化硅顆粒，這一過程保證了碳中和。

現(xiàn)在Novacem的技術(shù)等于更進(jìn)一步。據(jù)披露，生態(tài)區(qū)域發(fā)展環(huán)保組織(BioRegional)建設(shè)顧問、兼英國土木工程師學(xué)會(huì)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展小組成員喬納森·艾塞克斯對(duì)新型水泥的發(fā)明表示了歡迎，他說：“英國氣候法案要求我們減少二氧化碳排放量，這就要每個(gè)部門都發(fā)揮其作用。建造業(yè)在環(huán)境影響方面尤其需要承擔(dān)更大的責(zé)任。”

而這種迫切，被斯圖爾特道破，“英國今年6月已經(jīng)出臺(tái)了財(cái)政的碳預(yù)算，目標(biāo)是到2020年將英國的溫室氣體排放量減少34％。這一具有法律效力的總體目標(biāo)比歐盟承諾的減少20％的目標(biāo)更高。建筑行業(yè)是未來的重點(diǎn)減排對(duì)象?！?/p>

更大的背景是，全球正式進(jìn)入后《京都議定書》時(shí)代了。以中國為例，2005年水泥的二氧化碳排放量達(dá)到8.67億元，占當(dāng)年全國二氧化碳總排放量的22％，所以，水泥行業(yè)的碳減排被視為我國執(zhí)行《京都議定書》的具體措施。作為國內(nèi)最大的水泥生產(chǎn)制造商，安徽海螺水泥股份有限公司在對(duì)水泥的技術(shù)研發(fā)中，除了列明基本的生產(chǎn)工藝外，就還有明顯的環(huán)境環(huán)保、節(jié)能降隨智標(biāo)。

“姑且不論最后的減排結(jié)果到底如何，在如今減排的大趨勢(shì)之下，誰的產(chǎn)品最減排，對(duì)市場(chǎng)就有號(hào)召力，畢竟，一噸負(fù)碳排放的水泥無論對(duì)廠家還是買家來說，都更有賣點(diǎn)?！眹鴥?nèi)某名牌水泥銷售人員陳宇輝說，現(xiàn)在的生產(chǎn)商都鉚足了勁要在節(jié)能減排上大展拳腳。

5年后有握投入市場(chǎng)

陳宇輝弄不清楚英國Novacem公司的產(chǎn)品最后到底怎樣，因?yàn)橐话愕逆V質(zhì)水泥制品耐水性和強(qiáng)度都比較差，“鎂水泥一般都只在地板材料、包裝材料上用，墻體的承重材料還是采用高硅酸鹽水泥?！?/p>

崔素萍也印證了這種說法，由于水化相的不穩(wěn)定性，使得鎂水泥制品的耐水性和耐久性較差，難以與CaO—SiO₂-H2₂O體系形成的硅酸鈣水泥相比。在不知道生產(chǎn)配方的情況下，崔素萍直言自己不看好鎂硅酸鹽水泥，“此種水泥難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，目前僅能有一些研究和少量使用?！?/p>

除了耐水性和耐久性差，崔素萍的另外一個(gè)擔(dān)憂是鎂質(zhì)原料的存儲(chǔ)量很少。由于水泥是普遍使用的建筑材料，低廉的價(jià)格是不成文的規(guī)矩之一，今年海螺水泥的報(bào)價(jià)就在400元／噸上下，“鎂質(zhì)原料相比石灰?guī)r等稀缺，水泥的生產(chǎn)成本會(huì)提高很多，想要大規(guī)模生產(chǎn)不太可能?！?/p>

Novacem公司意識(shí)到了這個(gè)問題。斯圖爾特說，全球的鎂硅酸鹽資源還算豐富，儲(chǔ)量高達(dá)10萬億噸，最重要的是，“新水泥的生產(chǎn)工藝是屬于化學(xué)性質(zhì)的，這意味著它也可以利用各種含鎂成分的工業(yè)副產(chǎn)品作為原料?！?/p>

往水泥中摻入混合料，這一招正是現(xiàn)在大多數(shù)水泥制造商的方法。在保證相同水泥性能的條件下，混合料用量增加1％，水泥熟料用量就相應(yīng)的減少1％，最后可以讓水泥生產(chǎn)的碳排放降低1％左右。比如，法國La-farge公司在水泥中摻入石灰石粉，使水泥生產(chǎn)的總排放降低5％，奧地利slagstar公司研制的高礦渣水泥使生產(chǎn)過程中的碳排放比普通硅酸鹽水泥低90％。

而這種方式，也是現(xiàn)有條件下崔素萍所主張的，“目前發(fā)達(dá)國家在水泥廠用廢橡膠制品、廢輪胎、廢紙張、廢塑料、廢油、紡織織物廢物、廢木料、工業(yè)溶液、污泥、污油、屠宰場(chǎng)廢棄物經(jīng)加工處理的肉粉和骨粉以及一部分危險(xiǎn)性廢棄物作水泥工業(yè)的代用燃料。這些代用燃料，來源穩(wěn)定，數(shù)量大，發(fā)熱量也高，可以替代水泥燃料?！?/p>

不過，這些技術(shù)手段只是降低了水泥的碳排放，而沒有實(shí)現(xiàn)碳負(fù)性。Novacem公司已經(jīng)引起了一些大型建筑公司和投資機(jī)構(gòu)的注意，他們啟動(dòng)了一項(xiàng)由英國政府技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)資助的ISO萬英鎊的項(xiàng)目，建立一個(gè)試驗(yàn)性工廠。不過，就算一切進(jìn)展順利，這種“吸碳”水泥最快也要5年后投入市場(chǎng)。