大氣二氧化碳濃度比過(guò)去200萬(wàn)年的任何時(shí)候都高，這也導(dǎo)致了越來(lái)越多的極端天氣。當(dāng)前迫切需要減少溫室氣體排放量，這可以通過(guò)應(yīng)用低碳工藝以及碳捕獲和儲(chǔ)存或二氧化碳去除技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而水泥作為碳排放大戶，如何有效減碳越來(lái)越受到關(guān)注。

水泥生產(chǎn)過(guò)程的碳排放主要源自兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是加熱石灰石產(chǎn)生熟料，二是燃燒化石燃料產(chǎn)生熱量。眾多企業(yè)正積極探索低碳水泥生產(chǎn)的新途徑，如在生產(chǎn)過(guò)程中添加鋼鐵工業(yè)副產(chǎn)品、回收水泥生產(chǎn)中釋放的二氧化碳等方法。

不過(guò)這些方法往往遇到的困境是：原材料供應(yīng)不穩(wěn)定，或者成本過(guò)高。

英國(guó)Seratech公司利用橄欖石這種儲(chǔ)量豐富的礦物，制造出一種創(chuàng)新性水泥產(chǎn)品。研究團(tuán)隊(duì)指出，水泥生產(chǎn)會(huì)排放出大量二氧化碳，約占全球二氧化碳排放量的8%。而他們采用新材料和新工藝，能吸收并利用二氧化碳，有望顯著減少水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的不利影響。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)開放科學(xué)》雜志。

在最新研究中，研究人員利用儲(chǔ)量豐富的橄欖石代替一些常見(jiàn)熟料。橄欖石是地幔的主要組成部分之一，分布于每個(gè)大陸，是為數(shù)不多的千兆噸級(jí)礦物之一。橄欖石含有二氧化硅，能夠增加水泥的堅(jiān)固性和耐用性。利用橄欖石可以提取硫酸鎂，與二氧化碳反應(yīng)形成礦物，從而降低二氧化碳排放。

（注：此處橄欖石不是指常用于飾品制作的橄欖寶石，而是鎂橄欖石。鎂橄欖石屬斜方晶系，多呈短柱形粒狀，是由3種柱面形、3種軸面形和一種雙錐面形組合而成;或呈厚板狀、圓粒狀。其理論化學(xué)式為2MgO·SiO2或Mg2SiO4，是鎂質(zhì)耐火材料中較耐高溫的礦物。解理差，常見(jiàn)狀態(tài)為粒狀集合體或塊狀體。莫氏硬度為6.5～7.0，密度為3.22～3.33g/cm3，熔點(diǎn)為1890℃，從常溫到熔點(diǎn)無(wú)晶型變化，晶型穩(wěn)定。體膨脹系數(shù)為33.8×10-6/℃，對(duì)制品的抗熱震性能不利。其理論化學(xué)組成為MgO含量57.2%、SiO2含量42.8%。

我國(guó)已開發(fā)利用的橄欖石資源有3處，由于品種不同，其用途多異。

（1）遼寧省營(yíng)口大石橋的苦閃橄欖石，儲(chǔ)量約3000t。主要用途是經(jīng)燃燒后作耐火材料使用。

（2）河南與陜西省交界的商洛山區(qū)也產(chǎn)鈣鎂橄橄欖石，儲(chǔ)量約5億t。由于硬度低，原礦中CaO、Al2O3含量多，有易吸水自粉等特點(diǎn)，因而不適用作耐火材料。經(jīng)水洗處理后可作復(fù)用性差的鑄鋼用砂，或當(dāng)作高爐煉鐵的添加劑用。

（3）湖北宜昌太平溪的純鎂橄欖石巖，已探明總儲(chǔ)量約5億t。由于原礦中M2S的礦物成分含量高、硬度高、影響耐火度的有害雜質(zhì)含量極低，因而一種優(yōu)質(zhì)的合金鋼造型砂材料和良好的耐火材料。也可當(dāng)作高爐煉鐵的添加劑。1995年出口韓國(guó)，被指定為“質(zhì)量免檢原料”。）

研究人員將粉末狀橄欖石溶解在硫酸中，提取并分離出二氧化硅和硫酸鎂。隨后，他們讓二氧化碳通過(guò)鎂漿，生成名為內(nèi)斯奎納石的產(chǎn)物。為擴(kuò)大這一工藝規(guī)模，水泥廠將使用從排放源或空氣中捕獲的二氧化碳，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的負(fù)碳排放。內(nèi)斯奎納石可被回收，用于制造磚等建筑材料。

研究人員預(yù)測(cè)，用這一過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硅代替混凝土混合物中35%的普通熟料，可獲得碳中和水泥。

Seratech公司表示，他們目前主要生產(chǎn)兩種產(chǎn)品：凈零二氧化硅和凈零 MagCarb。

凈零二氧化硅可直接替代混凝土中高達(dá) 40% 的波特蘭水泥。凈零 MagCarb 用于零碳建筑材料，包括使用廢二氧化碳的混凝土砌塊、磚塊和石膏板。這一過(guò)程解決了依賴CCS實(shí)現(xiàn)凈零排放的難以減排的行業(yè)的主要問(wèn)題，因?yàn)楹苌儆兴鄰S靠近封存地點(diǎn)。

目前大多數(shù)歐盟水泥CCS示范項(xiàng)目都需要昂貴的管道和/或液態(tài)二氧化碳運(yùn)輸。Seratech 可以在沒(méi)有 CO? 管道、航運(yùn)或油井封存的任何地方利用廢棄的 CO2 并轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的水泥替代品。

與其他低碳水泥工藝相比，Seratech 工藝需要更少的能源，并且消耗自身的二氧化碳排放。專利工藝是獨(dú)一無(wú)二的，產(chǎn)品可以在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)框架內(nèi)以具有競(jìng)爭(zhēng)力的市場(chǎng)價(jià)格在不修改客戶工廠的情況下使用。

▌編輯：同辰建筑

▌來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、友綠網(wǎng)