世界上最大的行業之一——也是溫室氣體排放的主要生產者——可能終於開始採取行動應對氣候變化。
世界水泥協會最近舉辦了首屆全球氣候變化論壇，行業領導者和科學家在論壇上討論了減少該行業碳足跡的策略。這將有助於制定氣候行動計劃，世界水泥協會計劃在 9 月份釋出該計劃，旨在概述低碳水泥生產的途徑。
世界水泥協會氣候變化專案主任伯納德·馬蒂厄在一份宣告中表示：“全球氣候變化論壇明確指出，如果要實現《巴黎氣候協定》的目標，刺激創新至關重要。”
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雖然各行各業都在探索減少碳足跡的方法，但水泥行業——聽起來可能並不光鮮亮麗——卻是最值得加入討論的行業之一。
水泥是世界上使用最廣泛的人造材料——與水混合後形成混凝土，用於建造從建築物和橋樑到道路和人行道以及各種其他基礎設施的一切。
雖然水泥在很大程度上塑造了現代建築環境，但它也是大氣中二氧化碳的主要來源。國際能源署估計，水泥單獨佔全球碳排放量的約 7%。這使其成為世界第二大工業排放源，僅次於鋼鐵行業。
這個問題經常受到公眾的忽視。但科學家們的擔憂正在上升。隨著全球人口的增長，一些估計表明，到 2050 年，水泥產量可能會增加多達 23%。一些專家認為，除非該行業大幅減少排放，否則可能會危及《巴黎協定》的全球氣候目標。
國際能源署和行業主導的水泥可持續發展倡議組織釋出的一份 4 月份的報告 指出，該行業目前的狀況與實現 2 攝氏度溫升目標的軌跡不符。報告指出，要實現這一目標，“意味著水泥製造商需要付出更大的努力來減少排放。”
解決方案競賽
矽酸鹽水泥——世界上使用最廣泛的水泥型別，也是許多現代建築規範中指定的材料——在近 200 年前獲得了專利，並已成為建築環境中不可或缺的組成部分。加州大學洛杉磯分校土木與環境工程教授高拉夫·桑特表示，自那以後，生產過程幾乎沒有變化。
他告訴 E&E 新聞：“工藝效率有所提高，但總的來說，並沒有太大變化。”
這對氣候來說是一個大問題，因為該過程會釋放大量二氧化碳。該行業巨大的碳足跡部分源於其高燃料需求，而這些需求主要由化石燃料滿足。但超過一半的排放量——一些估計甚至高達三分之二——實際上來自化學生產過程本身，該過程會釋放大量二氧化碳作為副產品。
矽酸鹽水泥主要用石灰石生產，石灰石是一種主要由稱為碳酸鈣的化合物組成的岩石。為了生產粘稠的、具有粘合性的水泥，必須將石灰石加熱到高溫——根據普林斯頓大學土木與環境工程專家克萊爾·懷特的說法，大約 1500 攝氏度。
她指出，僅劇烈的加熱過程本身就需要大量的燃料。但這也會導致石灰石發生化學分解，留下一種稱為氧化鈣的化合物，用於最終的水泥產品，並將二氧化碳氣體釋放到大氣中。
水泥使用的特定配方以及它長期以來保持不變的事實，使得該行業在氣候行動方面異常具有挑戰性。上個月在《科學》雜誌上發表的一篇 評論 評估了各種“難以脫碳”的服務和過程。它指出，解決水泥問題沒有單一的解決方案——需要多種方法，包括材料和製造過程本身的重大變革。
近年來，這個問題引起了主要國際組織的關注，其中一些組織現在正在為該行業提供有關如何減少碳排放的建議。國際能源署的 4 月份報告包含了一份低碳技術路線圖，旨在到 2050 年將水泥行業的排放量減少 24%。該報告概述了各種可能有助於實現該目標的策略——從替代燃料到碳捕獲技術，再到水泥產品本身的新化學配方。
世界各地的研究小組已經在著手解決許多這些問題。一些小組正在研究化學配方，以減少水泥中“熟料”（需要加熱石灰石的物質）的用量。
普林斯頓大學工程師懷特領導著該大學的可持續水泥研究小組，該小組正在研究如何完全消除對熟料的需求。她指出，可以使用其他物質代替熟料來製造類似水泥的產品，包括來自其他行業的回收副產品，例如鋼渣、燃煤設施的粉煤灰或某些型別的粘土。懷特說，用稱為鹼的特殊化合物處理這些物質“可以使粉末具有反應性”，“與矽酸鹽水泥混凝土中的分子相比，我們可以在分子水平上形成類似的結構單元。”
她說，儘管如此，對於與鹼啟用水泥相關的碳排放量究竟有多少，還存在一些爭議，這有時會使鹼啟用水泥難以與矽酸鹽水泥進行比較。這部分取決於過程中使用的鹼源的具體型別和用量，以及材料的運輸距離。懷特說，一些估計表明，與矽酸鹽水泥相比，這種做法有可能將排放量降低 40% 到 80%。
其他研究人員則專注於不同的策略。加州大學洛杉磯分校工程師桑特參與了一個研究團隊，該團隊正在開發一種他們稱為“CO2NCRETE”的產品。該過程依賴於“碳升級利用”——利用從工業活動中捕獲的二氧化碳排放來生產類似水泥且可能實現碳中和的建築材料。桑特說，CO2NCRETE 工藝的獨特之處在於它可以按原樣利用捕獲的碳排放，而無需額外的處理。
其他專家指出，混凝土自然會吸收二氧化碳。這是一個緩慢的過程，但經過幾十年，它可能能夠吸收最初透過石灰石加熱過程排放到大氣中的大量排放物。
《自然地球科學》雜誌上發表的 2016 年的一篇論文 表明，世界混凝土已經吸收了約 43% 的原始排放物。桑特指出，可能有一些方法可以加速或加強這種吸收過程——這是他自己的研究小組正在關注的領域。
加州大學爾灣分校地球系統科學家史蒂文·戴維斯是《自然地球科學》論文以及上週《科學》雜誌評論的作者之一，他指出，混凝土的吸收潛力意味著可能有一些方法可以使水泥生產實現碳負性。
例如，如果所有水泥生產設施都配備了碳捕獲和封存技術，那麼現場產生的大量排放物就可以被阻止進入大氣層。他告訴 E&E 新聞，隨後，生產的混凝土將吸收更多的二氧化碳，這最終可能相當於“從大氣中淨吸收”。
雖然不同的研究小組專注於不同的方法，但國際能源署的技術路線圖表明，要足夠快地減少排放以幫助實現全球氣候目標，就需要各種策略協同工作。懷特認為，這可能是最成功的方法。
她說：“就近期可以提供幫助或我們可以使用的技術而言，可能存在領跑者，但這並不意味著我們不應該關注未來更具創新性的材料。”“我們不僅需要關注一種技術來應對與混凝土行業相關的可持續性問題。”
前路漫漫
儘管人們對研發的興趣日益濃厚，但實施這些解決方案仍然存在障礙。其中之一是缺乏政策激勵措施，以說服水泥製造商投資新技術。
戴維斯說：“就主要生產商而言，我不清楚這是否是一個非常重要的優先事項。”“我感覺不到他們認為這是一個可能顛覆市場的領域。”
排放上限或碳定價系統是一些最常被討論的解決方案。儘管如此，即使在存在此類框架的地方，也可能出現問題。
過去，歐盟排放交易體系因向包括水泥生產商在內的大型汙染企業提供免費碳排放配額而受到批評。英國組織 CDP（倡導提高企業環境足跡透明度）最近釋出的一份 報告 指出，“對該行業的碳監管仍然寬鬆，歐洲的該行業繼續從過剩的免費配額中獲益。”該報告建議，碳價格可能需要上漲三到六倍才能刺激碳捕獲和其他創新技術的採用。
還存在其他挑戰。桑特指出，水泥行業是一個非常保守的行業——而且並非沒有道理。基本基礎設施（如建築物和橋樑）的建設，對安全性以及對引入更新、未經充分驗證的材料抱有很大的擔憂。
桑特說：“由於我們使用這種材料的時間如此之長，因此使用者對其具有很高的信心。”這可能使該行業比其他行業更抗拒創新。
政府監管機構在建築規範方面可能也同樣保守。懷特說，在美國、歐洲和許多其他發達國家，這些規範通常基於矽酸鹽水泥化學。在建築專案中使用不同的產品可能需要獲得相應監管機構的批准——這可能並不總是容易獲得。
她說：“在這個領域正在積極開展工作，以努力向規範組織提供必要的資訊，說明他們如何擴充規範，以促進建築材料的更多創新。”這意味著需要關於如何減少該行業排放的新思路，同時證明這些新產品是安全的。
雖然研究興趣正在增長，但目前私營部門的進展正在出現，但可能進展緩慢。
CDP 最近的報告評估了全球 13 家最大的上市水泥公司在低碳轉型方面的準備情況。報告表明，這些公司的排放量平均每年下降約 1%。但報告指出，這遠遠不足以跟上符合 2 攝氏度氣候目標的軌跡。該報告還指出，與其他行業相比，研發投資佔銷售額的比例較低。
儘管如此，世界水泥協會最近的氣候變化論壇可能表明，該行業已開始推動採取更多行動。專家們正在探索的各種不同方法可能有助於使道路變得更加容易。
桑特說：“您不想試圖在一夜之間強加改變——您希望能夠分階段改變。”“您希望能夠評估較低風險和較高風險的途徑，以便真正建立一攬子解決方案，而不僅僅是適合特定事物的解決方案。”
轉載自 Climatewire，經 E&E 新聞許可。E&E 在 www.eenews.net 上每日報道重要的能源和環境新聞。