《华尔街日报》：绿色建筑——新技术助力生产污染更少的水泥

作者：优素福·汗2023年8月24日凌晨1:00（东部时间）|WSJ专业版全球大多数主要城市日益增长的住房需求与减少温室气体排放的努力愈发矛盾，因为建筑工程的基本建材——混凝土和水泥——具有极高的污染性。

根据麦肯锡咨询公司的数据，目前约7%的碳排放来自水泥生产，使其成为排放量最高的工业领域之一。

“混凝土是不可或缺的建筑材料，”全球水泥与混凝土协会的水泥、创新及ESG总监克劳德·洛雷亚表示，“到205年将存在的基础设施中，有四分之三尚未建成。”

传统波特兰水泥约90%的排放产生于熟料生产——这种粘合剂将水、碎石和沙子结合，占最终产品的近四分之三。

通常，熟料是通过在旋转窑中将石灰石和粘土加热至2700华氏度以上制成。这些窑炉多采用煤炭供能。其中约三分之二的熟料排放来自石灰石加热过程，其余则源于燃料燃烧产热。

这一工艺已沿袭数千年，但如今企业正寻求变革。解决方案包括提升能效、使用清洁燃料、捕获产生的碳排放，以及改用替代原材料。

能效提升

该行业寻求提高水泥生产可持续性的一种途径是通过提升效率来实现。

英国初创企业Carbon Re正致力于运用人工智能和机器学习优化燃料使用。联合创始人Aidan O’Sullivan指出，燃料浪费是该行业主要问题之一，由于煤炭质量参差不齐，多数生产商往往需要过量使用煤炭来生产熟料。

该公司通过分析多家生产商的实际燃料消耗数据，训练其机器学习算法，以预测特定燃料来源和生产目标所需的最佳燃料用量。“我们旨在优化燃料消耗流程，确保仅使用恰好足够的能量来触发所需化学反应，“他解释道。

微小的改进能累积产生显著的减排效果。“节省2%的燃料意味着每家工厂可减少数万吨碳排放，“O’Sullivan表示。他补充说这项技术具有更广泛的意义：“在占全球碳排放20%的重工业领域应用人工智能存在巨大机遇。”

在西班牙的试验中，镜面装置将阳光反射至Synhelion太阳能接收器，生产出零化石燃料的熟料。图片来源：CEMEX### 新型燃料

其他企业则致力于彻底改变燃料类型。全球最大水泥生产商之一Cemex与瑞士Synhelion公司合作，尝试用太阳能替代煤炭生产熟料。去年两家公司宣布，其在西班牙的试验项目成功实现了无化石燃料的熟料生产。

在这种方法下，镜子将阳光集中到Synhelion的太阳能接收器中，用于将窑炉加热至约2700华氏度，从而无需化石燃料即可生产熟料。Synhelion的联合首席执行官兼联合创始人Gianluca Ambrosetti表示：“我们正在消除化石燃料的燃烧，同时还能获得高温热量。”

两家公司目前正在研究，通过在其过程中增加热能存储，是否可以实现连续循环生产。他们的目标是在2030年前实现商业化生产太阳能驱动的熟料。

碳捕获

Synhelion还计划在其模型中增加碳捕获技术，以吸收石灰石释放的二氧化碳，同时减少燃烧产生热量时的排放。

国际能源署认为碳捕获、利用和封存是减少工业排放的一种手段，但目前进展缓慢。在其《2050年净零排放情景》中，国际能源署表示：“到2030年，全球需要封存该行业8%的二氧化碳排放，而目前这一比例几乎可以忽略不计。但这一领域的部署和投资进展有限，这些技术目前仍处于相对早期的发展阶段。”

海德堡材料公司，全球最大的水泥生产商之一，正致力于改变这一现状。海德堡目前正在挪威布雷维克建设一个碳捕获和封存设施，与其工厂配套运行。该设施计划在明年年底前开始捕获生产过程中的排放，全面运营后每年可吸收约40万吨二氧化碳。这将成为全球首个水泥厂大规模碳捕获项目。

海德堡公司选择了所谓的胺捕获技术，该技术利用化学溶剂捕获并通过化学反应吸收二氧化碳排放。随后，二氧化碳被液化，由壳牌、道达尔和Equinor组成的新合作伙伴通过船运至卑尔根市附近的海底封存。

“从根本上说，当我们考虑如何脱碳时，这是（水泥）行业的一个重要杠杆，”海德堡公司传播总监克里斯托夫·博伊梅尔伯格表示。“如果你想解决这些排放问题，CCUS是我们需要关注的一项技术，”他补充道。

新型材料

Partanna公司利用盐水和炼钢废料矿渣的混合物来制造水泥砖。图片来源：PARTANNA该行业正在探索的另一个想法是完全摒弃传统材料，从而避免熟料煅烧过程。

总部位于特拉华州的Partanna公司避免使用波特兰水泥作为粘合剂，转而依赖自然化学反应。该公司由前美国职业篮球联赛球员里克·福克斯于2020年共同创立，利用海水淡化厂的盐水和钢铁生产中的废料矿渣相结合，创造出一种新型水泥。

“我们采用矿渣和盐水这两种可回收材料，在常温下将它们混合在一起，因此不需要传统水泥生产所需的多余热量，”福克斯说。除了创造替代水泥外，这一过程在两材料反应时还能吸收二氧化碳。

帕塔纳公司表示，这种新型水泥与传统波特兰水泥强度相当，且由于采用盐水作为原料，在接触海水时强度会进一步提升——这一特性对于海堤、防洪设施以及受风暴潮或飓风影响地区的墙体建设尤为实用。

公司创始人福克斯出生于巴哈马，他指出2019年飓风"多里安"对故乡群岛的破坏，凸显了气候脆弱地区贫困区域对更强韧建筑材料的需求。“作为巴哈马人，我通过自身生存危机开始关注这个问题，试图理解我们在全球气候变化影响中所处的位置。”

目前帕塔纳正与巴哈马政府合作，使用其水泥建造1000套经济适用房，同时与拉斯维加斯酒店集团洽谈为新项目提供建材。

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本文发表于2023年8月25日印刷版，原标题为《企业寻求生产污染更少的水泥》