Credit:伦敦帝国理工学院一份新的帝国报告指出，替代材料和碳捕获技术对于水泥行业的脱碳至关重要。全球每年生产约35亿吨普通硅酸盐水泥，这是一种重要的建筑材料，但每吨水泥排放高达622千克二氧化碳。水泥行业排放的二氧化碳占全球人为二氧化碳排放量的7%，释放的二氧化碳量取决于生产中使用的材料、使用的水泥窑类型和燃烧的燃料的差异。
在一篇新论文中，伦敦帝国理工学院的研究人员考虑了该行业脱碳的潜在最有效方法。他们说，如果采取干预措施，二氧化碳从大气中被积极清除，排放量可能会达到当前排放量的80%到负50%。
这可以通过结合碳捕获和储存以及燃料和中间产品替代品来实现。然而，他们表示，最明智的解决方案可能是将燃烧城市固体废物与二氧化碳捕获和储存结合起来，这可以将排放量削减到目前水平的负20%。
第一作者，帝国理工学院化学工程系的保罗·芬内尔教授说:“二氧化碳是驱动气候变化的关键温室气体，它是由水泥生产的几个方面释放出来的。与工艺和燃料相关的排放都占水泥总排放量的很大一部分，因此工艺改进和能源效率对于减少碳排放都很重要。通过识别这些来源并提出可行的干预措施，我们希望能帮助水泥行业实现脱碳。”
该报告发表在《Joule》杂志上，概述了主要的脱碳方法及其在水泥生产过程直接排放方面的相互作用。确定了三个具有最大潜在影响的关键干预措施。
CCS
水泥生产背后的内在化学作用造成了高达60%的水泥碳排放，因此碳的释放很难防止。为了制造水泥，粉状石灰石被加热，并与各种成分结合，产生一种中间产品，称为熟料。石灰石重量的40%是CO2，在这个过程中释放出来。
水泥生产过程。功劳:伦敦帝国理工学院水泥窑附属的二氧化碳捕获和储存工厂可以捕获释放的碳，并将其储存在不会进入大气的地方。研究人员表示，CCS具有巨大的潜力，计划进行大量试点和更大规模的演示。
生物质和城市垃圾
水泥生产是能源密集型的，每吨熟料需要3.3千兆焦耳的热能——因此该行业的另一个碳源是工厂的供电方式。制造商可以使用碳中和的生物燃料，而不是使用碳密集的化石燃料。
然而，生物质是一种有限的资源，如此大规模使用生物质的成本可能会令人望而却步，因此需要将其与城市垃圾结合起来。除了是一种相对环保的废物管理方法之外，这可能是减少化石燃料使用的一种节约成本的方法，特别是如果在用于窑炉之前注意转移所有可回收材料的话。
熟料替代品
生产熟料是碳密集型的，因为石灰石会释放出碳，而且这一过程需要能源。因此，可以通过减少对熟料的需求来减少排放，例如用高炉渣和煤灰等废料替代熟料。研究人员认为，30%到40%的熟料可以用这种方法替代，而不会影响水泥强度。
芬内尔教授补充说:“尽管这种分析可以洞察什么是净零排放或负排放，什么不是，但需要一个完整和全面的生命周期分析来全面量化排放。
“这种简单分析最显著的特点是，它是燃料中潜在的生物衍生成分，加上添加的CCS，使得最大限度地减少二氧化碳排放成为可能。熟料替代是有价值的，尤其是在没有部署CCS的情况下，但深度脱碳需要更进一步。”
保罗·芬内尔、史蒂文·j·戴维斯和阿塞尔·穆罕默德的《水泥生产脱碳》，2021年5月20日出版于Joule。
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