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替代水泥:生态混凝土的配方


  环境管理局(Empa)的研究人员正在研究替代水泥配方,这种配方可以显著减少排放,甚至可以结合温室气体二氧化碳。

  大气中排放的700公斤二氧化碳。这比钢铁或铝生产的情况要少。但真正的区别在于数量。每年,我们在全世界生产大约12立方千米的混凝土,这个数量可以完全填满卢塞恩湖—每年如是。而且这种趋势正在上升。

  水泥工业造成的全球二氧化碳排放量目前约占7%。然而,随着亚洲和非洲的需求不断增长,同时欧洲的生产或多或少趋于稳定,未来这种情况可能会增加。因此,现在是时候寻找一种水泥,为人们提供住房和基础设施,同时把环境问题考虑在内,并按照我们的气候目标生产。联合国环境规划署(环境规划署)还呼吁立即开发和使用新的水泥基材料,这些材料对气候更加友好,同时具有成本效益。因此,环境管理计划的研究人员正在研究其他类型的水泥和混凝土,它们产生的有害温室气体更少,甚至可以结合二氧化碳。

  低于200度的燃烧温度

  “水泥传统上是在1450℃左右的回转窑中燃烧,”Empa混凝土和沥青实验室的Empa研究员Frank Winnefeld说。虽然石化燃料可以被替代能源所替代,“用现在的技术平均替代50%,至少在欧洲,储蓄潜力已近枯竭。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。硫铝酸盐钙(CSA)水泥是一种很有前途的水泥。它要求燃烧温度降低200℃,每吨水泥排放的二氧化碳减少200公斤左右。但是温室气体排放的减少不仅仅是由于燃烧温度的降低。CSA水泥的气候优势很大一部分是由于原料混合物中石灰石含量较低。

  石灰石是水泥生产过程中通过化学反应排放二氧化碳的主要原因。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水泥外,研究人员还研究了其他行业中作为废料堆积的替代成分。其中包括用于生铁生产的高炉炉渣和燃烧煤炭后留下的粉煤灰。这两种产品都可以与水泥混合,以帮助减少二氧化碳排放。

  但这些二次原料无法满足工业的巨大需求。因此,环境管理计划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。从电子废料中冶金回收贵金属会留下一种高质量的熔渣,这种熔渣也可以与水泥以粉末形式混合。如果炉渣的重金属含量符合法定标准,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”沉积物在未来将继续增长。温尼菲尔德认为,也可以将矿物建筑废料用作水泥外加剂。

  甚至可以改变水泥中添加剂的种类,从而完全消除燃烧过程。在所谓的碱活化水泥中,矿渣、灰分或煅烧黏土等组分通过硅酸钠等强碱性溶液活化成所需的化学反应。然后,这种反应的产物结合在一起形成一种材料,其抗压强度与燃烧后的常规水泥相当。

  在混凝土中结合二氧化碳而不是释放二氧化碳的能力

  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点。降低或结合二氧化碳的混凝土是一个真正的环保产物。Empa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,可获得原料资源。这种矿物主要发现于地幔深处。然而,如果它被火山活动(例如在斯堪的纳维亚半岛)输送到地表,它可能会退化。在用橄榄石生产水泥的过程中,二氧化碳被添加到未加工的硅酸镁中。由于在随后的加工步骤中只燃烧了部分材料,因此产生的二氧化碳总量比之前消耗的要少。尽管这种产品已经有了一个吸引人的名字(“MOMS”,一种从硅酸盐中提取的氧化镁),但它的性能仍在很大程度上未被探索。

  考虑到环境友好的因素,是时候寻找一种新型水泥材料用于住房和基础设施。

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