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“碳負性水泥”。

“碳負性水泥”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的石灰石粉混合在一起，進行加熱。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，該項發(fā)明因“改進了生產(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)點毋庸置疑：價格便宜，澆筑后會變得堅如磐石;但有個缺點就是臟，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一家澳大利亞公司制造的新型水泥的項目中。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，因為石灰石必須加熱至2600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，甚至在一些實驗中，其碳排放量增加了一倍。因為氧化鎂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)的實驗，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。諾瓦希姆實驗室是一片寬敞的車間，車間內(nèi)各種機器生產(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”，這是一項鼓勵科技發(fā)明的獎項。2010年，碳負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，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)兼具有機物、陶瓷、水泥的特點，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)保運動與20世紀(jì)70年代的石油危機，促使西方綠色建筑發(fā)端?！熬G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、運行、維護、修整和拆除的全過程中，都對環(huán)境負責(zé)，高效使用資源的實踐，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，綠色建材的認證機制已經(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實驗室”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。