具体的碳排放问题

根菜类蔬菜,石墨烯和二氧化碳的共同点是什么?没有什么除了碳,你可能认为。但他们都提供了潜在的减少二氧化碳排放的水泥和混凝土。

每年四十亿吨的水泥制造。四十亿吨的胶水,使混凝土这样的便宜,多才多艺的和耐用的材料,对房屋的需求和道路、水坝和桥梁在全球各地。不幸的是那些大量的意思是水泥占全球二氧化碳排放的8%,没有需求减弱,随着发展中国家建造房屋和城市人口增长。事实上,联合国可持续发展会议目标意味着新建筑和基础设施——正如世界碳排放的需要,和迅速。

现代水泥配方的基础在很大程度上是在过去的200年不变。石灰石(碳酸钙)与粘土加热温度1400 - 1500°C;石灰石和粘土分解成氧化物,然后结合到di - tri-calcium硅酸盐;铁和铝的粘土也与钙反应产生少量的铝酸三钙,和tetracalcium aluminoferrite。

水泥占全球二氧化碳排放的8%

一旦冷却,这种混合,称为熟料-是地面,石膏(硫酸钙二水合物)添加到改善水泥的未来设定。当水被添加,硅酸盐结合形成硅酸钙水合物。这种凝胶水泥粒子结合在一起。

不仅是大量的能源(化石燃料)需要加热窑炉如此高的温度,但碳酸钙的分解释放二氧化碳,占超过一半的排放与水泥。采石的所有其他步骤和运输原材料,冷却和磨熟料,混合水泥,还生产排放——约占总数的10%。生产每公斤最常见的类型的水泥-被称为硅酸盐水泥与相关联0.93公斤二氧化碳排放。它是用于全球混凝土生产的98%。

小步骤

需要理解的是,没有奇迹,没有大的潜在的突破,“警告说凯伦公证人材料化学家的实验室负责人建筑材料在瑞士联邦理工学院洛桑。我们必须使水泥和混凝土从地球上充足的材料。

一些最丰富的可溶性,不够可溶,所以剩下的黄金材料二氧化硅,钙和铝(铝土矿中找到)。但是没有足够的氧化铝来满足需求,即使我们停止使用它使铝一夜之间,公证人说。

所以工作的策略是使用更少的化石燃料加热窑炉;少熟料水泥;减少水泥混凝土;和更少的混凝土基础设施建设总体,包括更多的回收。放债人,和她的合著者最近的报告在水泥和混凝土工业的可持续性在欧洲,估计能超过80%的零排放的方法通过使用现有的技术,与所有球员——从水泥制造商到建筑公司一起工作。政策制定者将需要实现拆迁垃圾填埋税。添加碳捕获和储存能的大陆。

HeidelbergCement——世界上最大的生产商之一——说,自1990年以来,它的净二氧化碳排放量减少了18%,至约0.6公斤每公斤水泥生产。现在的目标是到2030年在1990年的基础上削减30%。

但该集团已经走过了漫长的道路使用替代燃料,以避免二氧化碳的排放。可能有几个百分点,优化——但没有银弹,”沃尔夫冈Dienemann解释说,全球研发主任。我们必须工作在所有水平减少排放,然后抓住剩下的二氧化碳。集团有几个有前途的捕获项目在进行中。

这也是减少水泥熟料的内容,现在站在略高于75%的水平。但关键是什么材料可用,他们可用:运输和物流成本是我们行业的一个主要因素。显然,您可以只使用本地可用的材料在大规模,Dienemann说。

用粉煤灰和钢渣-煤电厂的副产品和炼钢工厂可能会减少50%熟料的内容。但粉煤灰最终会消失在欧洲关闭燃煤电厂,虽然没有直接的前景在中国或印度。

瑞典公司EMC,该公司已经开发出一种水泥使用波特兰水泥粉煤灰50%和50%,说可以取代粉煤灰火山灰(天然或合成硅酸盐材料)和索赔的排放节约90%。镁碳酸盐也一直在探索,但它们的使用非常能源密集型和需要认真挖掘和运输工作。

HeidelbergCement的Ternocem生产每吨二氧化碳排放量减少30%

瑞士政府的支持下,公证人和一个国际研究小组已经提出了一个水泥,可以用在发展中国家,与现有的生产设施和没有特殊培训工人。称为LC3,它使用一个混合的石灰石煅烧粘土,与一个潜在的减排30%。几乎无限量的低级粘土世界各地:她指出,中国有一个采石场遗址和30亿吨破坏堆包含50%的高岭土。LC3水泥、熟料的一半被煅烧粘土(30%)、石灰石(15%)和石膏(5%)。比这少的减排意味着由于粘土的煅烧温度700 - 850°C。粘土的氧化铝多孔与石灰石的反应少,比硅酸盐水泥和氯化有更好的抵抗,但力量是维护。

正在进行可行性研究在全世界30个国家。飞行员在古巴和印度生产了近200吨,并演示了属性符合水泥生产的实验室。商业敏感性对商业化的意思是公证人三缄其口,尽管全面生产预计将在几个月内开始在南美洲,和明年在象牙海岸。她有信心LC3有潜力每年减少4亿吨的碳排放,全球温室气体排放量的1%。

少熟料是一回事,但是熟料本身的成分呢?HeidelbergCement发展Ternocem——二钙硅酸盐钙sulfoaluminate ternesite水泥使用氧化铝(从铝土矿)减少石灰消耗。生产每吨二氧化碳排放量减少30%。水泥已经广泛和接近市场成熟度进行测试,根据Dienemann。但即便如此,也不是一个完美的解决方案:铝土矿是昂贵的,是世界铝的主要来源。Dienemann预计它将非常高强度混凝土的应用程序是必需的,以前使用的水泥熟料高的组件。

关闭循环

很多混凝土回收——经常在同一网站,新的建筑物和道路底基层。使用回收的建筑废料进行道路几乎可以保存80%的能量,否则被使用。但立法是关键:在荷兰,有一个垃圾填埋禁止拆除混凝土95%回收。在葡萄牙,回收是最小的。

关闭循环是一个挑战——仔细的分类和处理,Dienemann说,原来的沙子和砾石可以提取,但水泥粘贴就是另一回事了。没有商业价值的回收过程,虽然在实验室里工作正在进行之中。但它可以re-carbonated。这种情况随着时间的推移自然表面的混凝土。如果你可能会加速这一过程,将其转换回石灰石,这将是一个“规则改变者”。”通常,Dienemann补充道,“我们想尽量避免碳化,防止钢材腐蚀增援,但我们需要考虑的。而不是把混凝土尽可能密集,我们会在另一个方向——增加表面积。

增加二氧化碳在预制的结构在低水平,像铺路石,不需要钢筋——实际上增加了混凝土的强度。最终该公司希望利用二氧化碳排放量从自己的生产过程re-carbonate混凝土。我们已经做了很多研究,,它可以应用于大规模生产,Dienemann说,但问题是它是否经济可行。

其他公司也试图削减碳排放。Solidia新泽西公司说,它比传统的硅酸盐水泥水泥生产排放减少70%。它是世界上最大的制造商的支持,LafargeHolcim,证明其水泥可以在集团的工厂没有任何工厂修改是必要的。

要负

在加拿大,人士Mahoutian也见过使用二氧化碳的优点。博士学位项目旨在发掘替代水泥,解决方案是一种隔离二氧化碳。现在他买进了公司,Carbicrete,即将走出实验室。

其水泥替代地面钢渣(主要由di - tri-calcium硅酸盐组成),并激活二氧化碳。本质上改变传统的生产过程,创建碳酸钙。Mahoutian说产生的混凝土强度和测试表明,它比传统混凝土抵抗冻融更好。

直到30年前,很多研究混凝土强度和耐久性。现在要做具体的清洁:让我们少用水泥、使用可再生能源,使其在较低的温度,但我们仍然只减少10 - 30%的二氧化碳,Mahoutian说。

Carbicrete生产了1公斤的二氧化碳在每一个预制的混凝土砌块(17-18kg),并避免进一步1.5公斤,来自使用2公斤的硅酸盐水泥。“是最大的吗?“Mahoutian问道。可能不会,但我们必须考虑成本。

我们仍然只有二氧化碳减少10 - 30%

技术赢得了公司一个地方去年总决赛的2000万美元NRG Cosia CarbonX奖,四年的全球竞争发现突破性技术,从发电厂二氧化碳转换成有价值的产品。但Carbicrete撤回从加拿大政府获得210万美元,以帮助其建立一个试验工厂在现有混凝土厂。这是预计将从今年年底开始,最终产生几千块一天。Carbicrete已经在实验室里产生了几百。

Mahoutian认为目前钢渣生产足以覆盖大部分的预制混凝土。在美国、欧洲和日本,重用率已经很高,但Mahoutian相信他的公司的产品的价值意味着这将是其它价值较低的应用程序,如混凝土的骨料。

长期而言,该计划是捕获二氧化碳从植物接近无论Carbicrete预制生产。现在,从另一个购买二氧化碳净化工业副产品——仍然关闭循环。时间是好的。今年加拿大国家引入适度的工业排放碳税,但是要求绿色混凝土标准将理想,Mahoutian说。

建立在蔬菜

方仓盛正在寻找一种廉价和可再生材料,将有助于减少水泥排放,当他了解到苏格兰公司利用农业废料流生产纤维素纳米纤维的油漆和涂料。这是根菜类蔬菜进来的地方。纤维素(使植物细胞壁强度)可以分解创建一个宽松的纳米纤维网络——“类似于松散编织布有一个很大的表面积”,创始人Cellucomp Eric鲸鱼说。公司的产品被称为Curran胡萝卜——盖尔语,第一个蔬菜他们尝试,还发现在纸板包装和复合材料中的应用。

这种纳米材料作为一种水库供水一路到水泥的水化,有更多的胶水,所以水泥是强,“Saafi解释道。他们发现他们可以利用40公斤水泥每立方米混凝土比通常是必需的。水泥由Saafi兰开斯特大学的团队在英国也密集,所以任何具体的生产可能会有更长的寿命和更容易受到腐蚀。

我们深入的DNA胡萝卜和水泥要理解它们如何相互作用,找出最优数量的胡萝卜纳米颗粒和水泥[…]和想出食谱,根据工作的需求会有所不同。Saafi预计在一年内他们将能够告诉建筑业的需要,与英国试验进行到2020年底。

Saafi的研究小组尝试了胡萝卜和甜菜:胡萝卜有轻微的优势,他说,但是甜菜种植广泛从北欧到埃及,俄罗斯和中国北方。有大量的垃圾一旦糖提取。鲸鱼补充说,6 - 7几百万吨的甜菜生产球团仅在欧洲,和用于增强动物饲料,所以有一个现有的基础设施供应商和经销商。

另一个-更昂贵的材料,提高了水泥的水化是石墨烯。迪米特·Dimov在英国埃克塞特大学的研究已经被他描述为“尤里卡时刻”坐在他的后花园讨论潜在的现实生活中应用的石墨烯。想到这个主意他添加石墨烯材料使用世界上最可以使它更强大,所以不需要。

他和他的同事们发现,添加石墨烯混凝土两倍强,改善其挠曲强度和高度的水。石墨烯,Dimov解释说,“作为一个水泥晶体之间的桥梁——那些晶体生长和机械联锁。石墨烯晶体之间的叶子气孔少。”

紧迫性是关键字

他们计算的125 g的石墨烯可以减少所需的水泥体积立方米混凝土的50%,进而意味着446公斤每吨减少碳排放。把这一数字的角度来看,世界商业可持续发展委员会估计,从1990年到2010年,全球每吨水泥净排放量下降了约115公斤每吨——尽管他们有进一步下跌。

我们的技术和专利是你使用的石墨烯。对于不同的应用程序可能是不同的。我们发现一个标准的公式,适用于普通混凝土,但可以为专家定制的应用程序——力量;水渗透率;热性能,解释道莫妮卡Craciun纳米科学和纳米技术教授埃克塞特。

他们分拆公司Concrene,旨在连接这些点,连接石墨烯生产商和制造商——混凝土世界永远不会靠近石墨烯本身的,Dimov说。

它可以扩大吗?所有我做的混凝土块在实验室使用自来水:我试着把它尽可能在现实世界中发生了什么,”Dimov补充道。现在Concrene伙伴进行概念验证测试,虽然寻找当地的石墨烯生产商生产可持续。

可以理解,但混凝土工业是保守,喜欢尝试和测试实践保证强度和耐久性。世界将不得不等待结构用混凝土建造利用甜菜,石墨烯或二氧化碳来证明他们经得起时间的考验,还是巴黎气候承诺帮助推动需求的新标准和规范吗?

说紧迫感是关键字,放债人。“现在什么我们可以做的将意味着巨大的储蓄的以后我们要做的。”

安吉丽梅塔是一个基于科学作家在爱丁堡,英国