瑞士联邦材料科学与技术实验室 生态水泥的成分是在混凝土实验室混合的
信用:Empa 它是世界上使用最广泛的产品
水泥是不可或缺的，但在持续的气候辩论中，它的声誉已经变得相当糟糕
它与水、沙子和砾石混合，形成混凝土，我们的现代世界就建立在混凝土上
然而，这种节俭的材料之所以引人注目，主要是因为它的另一个特性:一吨水泥的产量会导致 排放到大气中的700千克二氧化碳
这比钢铁或铝生产的情况要少
但是数量才是最重要的
每年，我们在世界范围内生产大约12立方千米的混凝土，这个数量可以完全填满卢塞恩湖——每年都是如此
而且趋势是上升的
水泥行业造成的全球二氧化碳排放份额目前约为7%
然而，未来这一数字可能会增加，因为亚洲的需求在增长，非洲的需求也在增长，而欧洲的生产或多或少保持稳定
因此，现在是寻找一种水泥的时候了，这种水泥可以为人们提供住房和基础设施，但仍然要考虑环境因素，并且可以按照我们的气候目标生产
联合国环境规划署(环境署)也呼吁立即开发和使用新的水泥基材料，这种材料对气候更加友好，同时又具有成本效益
因此，Empa的研究人员正在致力于生产其他类型的水泥和混凝土，这些水泥和混凝土产生较少的有害温室气体，甚至可以结合二氧化碳
“传统上，水泥是在1450摄氏度左右的回转窑中燃烧的，”Empa的混凝土和沥青实验室的Empa研究员弗兰克·温内菲尔德说
温尼费尔德说，尽管化石燃料可以被替代能源替代，“以今天的技术，平均替代度为50%，但至少在欧洲，节约潜力已经耗尽。”
然而，使用需要较低燃烧温度的原材料可以节省更多的能源
一个有希望的候选材料是由硫铝酸钙制成的CSA水泥
它需要的烧制温度要低200度，每吨水泥排放的二氧化碳要少200公斤左右
但是温室气体排放的减少不仅仅是因为较低的燃烧温度
加气混凝土水泥的气候优势很大一部分是由于原材料混合物中石灰石的含量较低
巨大的需求 在水泥生产过程中，石灰石通过化学反应排放大量二氧化碳
因此，降低石灰石的比例是发展生态水泥的一个有趣的方面
除了CSA水泥，研究人员还关注其他行业中作为废料积累的替代成分
这些包括用于生产生铁的高炉矿渣和燃煤留下的飞灰
这两种产品都可以与水泥混合，以帮助减少二氧化碳排放
但是这些次级原材料不能满足工业的巨大需求
因此，Empa的研究人员正在开拓新的领域，并确定其残留物仍然很少使用的行业分支
“从电子废物中冶金回收贵金属留下了一种高质量的矿渣，这种矿渣也可以与水泥以粉末形式混合，”温内菲尔德解释说
如果矿渣的重金属含量符合法律标准，这种水泥也可以在瑞士使用
好消息是，我们废弃的手机和电脑残骸中的“城市地雷”的沉淀物将在未来继续增长
根据温尼费尔德，也有可能使用矿物建筑废料作为水泥外加剂
水泥中添加剂的类型甚至可以改变，从而完全消除燃烧过程
在所谓的碱活化水泥中，诸如矿渣、灰分或煅烧粘土之类的组分通过诸如硅酸钠之类的强碱溶液被活化至所需的化学反应
然后，这种反应的产物结合形成一种材料，其抗压强度相当于烧过的传统水泥的抗压强度
混凝土中的气候气体 在混凝土中结合二氧化碳而不是释放二氧化碳的能力也是一个巧妙的特征
一种不含二氧化碳的混凝土将是真正的气候朋友
Empa的研究人员正在研究一种镁基水泥，它将为这种生态混凝土提供基础
在土壤中发现含镁橄榄石的地区，可以获得原材料资源
这种矿物主要发现于地幔深处
然而，如果它被火山活动带到地表，例如在斯堪的纳维亚，它可能会退化
在用橄榄石生产水泥的过程中，二氧化碳被加入到原硅酸镁中
并且由于在随后的加工步骤中只有部分材料被燃烧，因此总的来说产生的二氧化碳比以前消耗的少
虽然这种产品已经有了一个引人注目的名字(“妈妈”，从硅酸盐中提取的氧化镁)，但它的性能仍未被充分开发
日益多样化 为了确保这些方法不会最终成为利基产品，而是可以工业化生产并具有成本效益，细致的分析必须表明生态水泥满足与传统产品相同的要求
许多替代类型的水泥目前缺乏简单的配方来添加新的成分或修改生产工艺，而不损害传统水泥令人垂涎的性能
只要生态水泥的至少同等性能不能被证明是毫无疑问的，传统的波特兰水泥，一种低成本和良好特性的建筑材料，将仍然是土木工程师的选择材料
Empa的水泥研究人员目前正在分析化学混合比和一致性标准，如新型水泥的强度和耐久性，为符合标准的批准铺平道路
这些包括小规模和大规模的调查
除了化学研究、微观分析和热力学模型(用于研究水泥内部的反应)之外，还比较了由不同类型的水泥制成的大型部件的承载能力
“工业过程将不得不被优化，因为在许多情况下它们仍然太昂贵，”温纳菲尔德说
然而，很明显，替代类型的水泥可用于生产具有相当或甚至更好耐久性的混凝土
无论如何，一个发展已经出现:水泥和混凝土产品的种类将在未来增加
对于建筑材料生产商来说，这种多样性导致需求增加
此外，温尼费尔德确信，如果没有运输路线，二次原材料的使用将使当地的解决方案更具吸引力，例如，因为合适的工业残留物在水泥厂附近生产
全球约有6%的人为二氧化碳排放是由混凝土生产造成的，瑞士甚至占到9%
在“自己动手”领域，混凝土是用简单的经验法则混合而成的
例如，300公斤水泥、180公升水和1890公斤骨料生产一立方米混凝土
混凝土的二氧化碳排放主要来自水泥含量:水泥必须在1450度的温度下燃烧，从而使矿物结合的二氧化碳从石灰石中溶解
全球，2
每年生产80亿吨水泥
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