建筑基石：低碳混凝土

发布时间：2022-08-16　　　字号：【大 中 小】

　　混凝土是地球上仅次于水的第二大消耗材料，其产量正在大幅增长，预计将从44亿吨增加到2050年的55亿吨。不幸的是，这是以巨大的环境污染为代价的，几乎占全球碳排放量的8%。建筑行业的利益相关者必须致力于将可持续建筑材料和创新流程结合起来。

　　随着建筑中的隐含碳比以往任何时候都更加关注，对低碳建筑材料的需求正在增加，而低碳混凝土也已经成为新的热门词汇。但什么是低碳混凝土，如何在更广泛的范围内采用它来帮助建筑行业实现碳减排目标，而不会对混凝土行业产生负面影响？　

什么是低碳混凝土？

低碳混凝土是一种碳足迹还要低于传统含量的混凝土。除了减少碳足迹外，低碳混凝土的表现应与其他混凝土相同。

然而，混凝土的使用量实在是太大了，全球每年建造房屋、水利、交通、市政设施等工程的混凝土用量以百亿吨计。混凝土虽然单位重量的碳排放不高，但乘以巨大的用量就带来了巨大的碳排放总量。

混凝土隐含的CO₂主要来源于所使用的水泥。混凝土巨大使用量及不断增长，导致巨大的水泥需求量和产量增长。基于2000年统计数据，全球水泥生产的CO₂排放占总排放的5%，占全部温室气体排放的比例约为3.8%。中国 2000年水泥产量为8.5亿吨；2020年产量达到23.77亿吨，约占全球水泥总产量的55%，人均水泥用量约1.7吨——世界第一且遥遥领先。2020年，我国CO₂总排放量估计为96.6～102.5亿吨(估算的低值和高值)，水泥生产的CO₂排放约12.3亿吨，占排放总量的12%左右，是碳排放大户。

对低碳混凝土的需求增加

在气候危机愈演愈烈的今天，建筑师、工程师、承包商和项目业主面临压力，市场对提高建筑产品碳足迹的透明度的需求不断增加。这种压力在未来几年还将持续增加。

如何生产低碳混凝土　　　　

生产低碳混凝土没有灵丹妙药。混凝土由许多成分组成，因此有很多方法可以减少单个组件和过程的碳影响。大多数减碳和除碳创新工作集中在三个关键领域：低碳燃料、低碳混合水泥以及碳捕获、利用和储存技术。

1. 低碳燃料

出于降低成本和减少碳排放的原因，混凝土行业多年来一直专注于燃油效率。最近，该行业开始评估从传统燃料（例如煤炭）向低碳燃料（例如可再生天然气）、废弃燃料（例如不可回收塑料、不可回收轮胎、铁路枕木等）的转变，甚至可能是碳中和燃料。这些替代燃料可以将水泥制造的碳排放量减少多达40%，然而，基于用于熟料制造的技术类型和此类燃料的当地可用性，存在一些限制。

2. 低碳混合水泥

大多数生产商已经在其水泥或混凝土混合物中使用波特兰石灰石水泥(PLC) 和辅助胶凝材料(SCM)。进一步优化这些材料的使用可以大大减少水泥和混凝土的排放。例如，PLC 在制造过程的水泥研磨阶段使用未钙化石灰石，可以将混凝土的碳足迹减少5-10%。SCM（包括飞灰和矿渣等物质）可以减少混凝土混合物中所需的水泥量，从而将碳排放量减少多达30%。例如，粉煤灰是燃煤发电的副产品，可以替代混凝土混合物中30-50%的水泥，根据指定的替代水平将碳足迹减少10-20%。然而，随着全球燃煤发电的逐渐减少，粉煤灰的供应越来越受到限制。矿渣是铁制造过程的副产品，可以替代混合物中40-50%的水泥，在某些特殊应用中高达90%。根据指定的替代水平，炉渣的碳减少量可高达30%。

3. 碳捕获、利用和储存技术

碳捕获、利用和储存(CCUS)技术的创新可以说是混凝土行业最令人兴奋的发展。碳捕获可以捕获水泥制造中高达100%的碳排放。这些捕获的排放物可以安全地储存在地下，注入混凝土以加强混凝土，或用于制造其他产品，如合成骨料或燃料。

案例研究

清捕零碳CO₂矿化混凝土建材技术体系

清捕零碳（北京）科技有限公司，是一家利用人工技术清除CO₂的创新企业，致力于碳捕集、利用与封存技术的科技研发与商业化应用。目前通过技术已成功将废弃CO₂封存于混凝土材料中，生产出降低碳足迹的固碳混凝土产品，并实现废弃CO₂的大规模、稳定封存利用，将混凝土这种全世界使用量最大的建筑材料转变为地球的碳汇资源。

清捕零碳研发的CO₂矿化混凝土建材技术体系，主要将传统蒸汽养护的环节改进为矿化养护技术。相较于传统的混凝土预制件制作工艺，清捕零碳研发的CO₂矿化混凝土建材技术体系中，在混凝土原料环节中加入了大量的粉煤灰、电石渣等工业固废，形成了多元固废掺杂配方体系，在减少水泥用量的同时，多层面推动混凝土建材的绿色发展。此外，该项技术还将工业排放的废弃CO₂，在混凝土生产中加入，并与原料中的钙、镁等离子形成矿化反应转化为矿物。这一过程中不仅不需要燃煤产生高温环境，降低能耗的同时也可以形成碳的闭环使用。通过该项技术生产出新型固碳混凝土材料，不但能让混凝土建材的强度等指标有所提升，养护时间也比之前降低了一半以上，大大提升生产混凝土的效率。而该工艺在生产过程中，能够做到95%以上二氧化碳被有效利用。由于CO₂矿化反应在600℃以下的环境中不可逆，这样本来会进入大气的排放物将可永久地封存在混凝土中。经过测算，通过该项新技术，可让混凝土全生命周期的碳足迹相较于传统的制作工艺能够减少80%，未来有机会做到负碳产品。

在香港有机资源回收中心二期工程（O·PARK2）项目中，中国建筑国际集团旗下中国建筑工程（香港)与清洁捕获达成合作，使用CCUS技术生产固碳混凝土建材。经过测算，每使用1立方米的固碳混凝土产品与香港地区传统产品相比较可减少61公斤的二氧化碳排放，相当于1棵树三年的二氧化碳吸收量。此次清洁捕获固碳建材产品的应用，将帮助该项目大幅降低施工阶段的碳排放。

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