當(dāng)下，氣候變化問題無疑是全球關(guān)注的焦點(diǎn)。
當(dāng)各行各業(yè)都在探索減少碳足跡的方法時，水泥行業(yè)——盡管聽起來平淡無奇——卻是造成溫室效應(yīng)的最大元兇之一。
水泥是目前使用最廣泛的人造材料。它與水混合后會形成混凝土，可用于建筑、橋梁、道路和人行道等各種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。
盡管水泥在很大程度上塑造了現(xiàn)代建筑環(huán)境，但它也是大氣中二氧化碳的重要來源。據(jù)國際能源署的估計，僅水泥行業(yè)的碳排放量就占全球碳排放總量的7%左右。這使水泥行業(yè)成為世界上第二大單一碳排放大戶，僅次于鋼鐵行業(yè)。
盡管這是一個很少受到公眾關(guān)注的問題，但是科學(xué)家們對此的擔(dān)憂卻在與日俱增。隨著全球人口的增長，據(jù)估計，到2050年，水泥產(chǎn)量可能會增加23%。一些專家認(rèn)為，除非該行業(yè)大幅減少排放，否則可能會致使《巴黎協(xié)定》的全球氣候目標(biāo)陷入危險境地。
國際能源署和世界水泥可持續(xù)發(fā)展倡議組織（Cement Sustainability Initiative）今年4月份發(fā)布的一份報告指出，以目前的形勢來看，水泥行業(yè)與讓全球“實(shí)現(xiàn)2攝氏度目標(biāo)”的軌跡并不一致。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就“意味著要加大力度減少水泥生產(chǎn)商的排放”。
排放大戶
提及水泥，就不得不提波特蘭水泥。
這是世界上使用最廣泛的一種水泥類型，并且是許多現(xiàn)代建筑公司指定的產(chǎn)品。早在約200年前就已獲得專利，并成為建筑環(huán)境的重要組成部分。此后，該產(chǎn)品的生產(chǎn)過程幾乎沒有改變，加州大學(xué)洛杉磯分校土木與環(huán)境工程教授Gaurav Sant介紹道，“盡管流程效率有所提高，但總的來說并沒有大的改變。”
不過，這對氣候而言卻是個大問題，因?yàn)椴ㄌ靥m水泥在生產(chǎn)過程中會釋放大量的二氧化碳。水泥行業(yè)巨大的碳足跡部分源于其極高的燃料需求，而這些需求主要是通過化石燃料得以滿足。然而，超過一半的二氧化碳排放量——據(jù)估計可能高達(dá)三分之二——實(shí)際上來自于化學(xué)生產(chǎn)過程本身，其作為副產(chǎn)品會釋放大量的二氧化碳。
波特蘭水泥主要是由石灰石生產(chǎn)的，而石灰石又是一種主要由被稱為碳酸鈣的化合物組成的巖石。普林斯頓大學(xué)土木與環(huán)境工程專家Claire White表示，為了生產(chǎn)粘性極高的水泥，石灰石必須在1500攝氏度左右的高溫下加熱。
她指出，強(qiáng)烈的加熱過程本身就需要大量的燃料。但加熱過程也會導(dǎo)致石灰石發(fā)生化學(xué)分解，留下一種叫做氧化鈣的化合物（這種化合物被用于最終的水泥產(chǎn)品中），同時將二氧化碳?xì)怏w釋放到大氣中。
用于制造水泥的特定配料，以及其長期保持不變的事實(shí)，使水泥行業(yè)在應(yīng)對氣候變化上面對著不同尋常的挑戰(zhàn)。實(shí)際上，解決水泥問題并沒有單一的解決方案，這需要包括材料使用和制造過程本身的重大變化在內(nèi)的多種方案共同起作用。
減排努力
近年來，這一問題引起了主要國際組織的關(guān)注，其中一些組織目前正就如何減少碳排放向水泥行業(yè)提出建議。
國際能源署等4月份發(fā)布的報告中就包含了一份低碳技術(shù)路線圖，其目標(biāo)是到2050年將水泥行業(yè)的排放量減少24%。此外，該報告還概述了各種有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的戰(zhàn)略——從替代燃料到碳捕獲技術(shù)，再到水泥產(chǎn)品本身的新化學(xué)配料。
其實(shí)，世界各地的研究小組已經(jīng)在著手解決其中的許多問題。一些研究小組正在研究水泥配料，以減少進(jìn)入水泥中的“熟料（需要石灰石加熱的物質(zhì)）。
作為普林斯頓大學(xué)的可持續(xù)水泥組織的負(fù)責(zé)人，White正帶領(lǐng)其團(tuán)隊成員研究如何徹底消除對熟料的需求。她指出，使用其他物質(zhì)可以生產(chǎn)類似水泥的產(chǎn)品，包括從其他行業(yè)回收的副產(chǎn)品，如鋼渣、燃煤設(shè)施的粉煤灰或某些類型的黏土。再用一種特殊化合物——堿金屬來處理這些物質(zhì)“可以使粉末起反應(yīng)，” White說，“而且我們可以在分子水平上形成與波特蘭水泥混凝土相類似的成分。”
盡管如此，人們?nèi)栽跔幷摰降子卸嗌偬寂欧排c堿活化水泥有關(guān)。White指出，這在一定程度上取決于生產(chǎn)過程中所用的堿的種類和用量，以及原料的運(yùn)輸距離。她表示，據(jù)估計，與波特蘭水泥相比，這種新做法有可能減少高達(dá)40%~80%的排放量。
除此之外，還有一些研究人員正專注于不同的策略。Sant正與一個研究團(tuán)隊合作開發(fā)一種他們稱之為“CO2NCRETE”的產(chǎn)品。這一過程依賴于“碳回收再利用”，即利用工業(yè)活動中捕獲的二氧化碳排放，來生產(chǎn)出一種類似水泥的、潛在的碳中性的建筑材料。
CO2NCRETE工藝是獨(dú)一無二的，Sant表示，因?yàn)樗梢栽瓨永貌东@的碳排放，而無需額外的處理。其他專家指出，混凝土可以自然吸收二氧化碳。雖然這是一個緩慢的過程，但在幾十年的過程中，它可能首先會通過石灰石加熱過程吸收大量排放到大氣中的排放物。
雖然不同的研究小組關(guān)注的點(diǎn)不同，但國際能源署的技術(shù)路線圖建議，盡快減少排放，以幫助實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)，需要多種策略的共同努力。White認(rèn)為，這可能是最成功的方法。
“不久的將來，哪些東西可以提供幫助，哪些東西我們可以使用，在這些方面都可能會出現(xiàn)領(lǐng)先者，但這并不意味著我們不該考慮更多的創(chuàng)新材料，”她說。“為了與混凝土行業(yè)相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展問題進(jìn)行戰(zhàn)斗，我們需要考慮的不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)。”
道阻且長
如今，人們對研究和開發(fā)越來越感興趣，但實(shí)施這些解決方案仍然障礙重重。其中之一便是缺乏政策激勵措施，以說服水泥生產(chǎn)商投資新技術(shù)。
碳排放上限或碳定價系統(tǒng)是最常被討論的解決方案之一。然而，即使是在存在這種框架的地方，也可能會出現(xiàn)問題。比如，歐盟排放交易系統(tǒng)（EU ETS）就曾因向包括水泥生產(chǎn)商在內(nèi)的“污染大戶”提供免費(fèi)碳排放額度而飽受批評。
當(dāng)然，還存在其他挑戰(zhàn)。Sant指出，水泥行業(yè)是一個高度保守的行業(yè)。建筑物和橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，引起了人們對其安全性的極大關(guān)注以及對引入較新、經(jīng)過較少驗(yàn)證的材料的高度擔(dān)憂。
“因?yàn)槲覀円恢痹谑褂眠@種材料，所以很多用戶對它都有信心，”Sant表示。這可能使這個行業(yè)比其他行業(yè)更抗拒創(chuàng)新。
在建筑法規(guī)方面，政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)也同樣保守。在美國，歐洲和許多其他發(fā)達(dá)國家，這些法規(guī)一般都是基于波特蘭水泥，White指出。在建筑項(xiàng)目中使用不同的產(chǎn)品可能需要獲得相應(yīng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，而這有可能不那么容易實(shí)現(xiàn)。
“這一領(lǐng)域正在積極開展工作，試圖為規(guī)范組織提供必要的信息，從而有助于他們增加規(guī)范，以便在建筑材料方面進(jìn)行更多的創(chuàng)新，”她說。這就意味著，在展示這些新產(chǎn)品是安全的同時，還需要對如何減少工業(yè)排放提出新的想法。
2018年6月末，世界水泥協(xié)會（WCA）首屆全球氣候變化論壇在法國巴黎召開。在這次論壇上，該行業(yè)領(lǐng)先者和科學(xué)家們共同商討了減少該行業(yè)碳足跡的策略，將為WCA一項(xiàng)氣候行動計劃的制定有所裨益。該協(xié)會計劃于9月份發(fā)布的這項(xiàng)計劃，旨在為低碳水泥的生產(chǎn)指明道路。
“全球氣候變化論壇明確表示，如果我們想要實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的氣候目標(biāo)，就必須促進(jìn)創(chuàng)新，”WCA氣候變化項(xiàng)目主任Bernard Mathieu在一份聲明中如是說。
如今，水泥行業(yè)正開始采取更多的行動，專家們也在探索各種不同的方法可能會使“低碳水泥”這條路走得更為順暢。
“你想要改變，但是改變不可能一夜之間發(fā)生，”Sant說。“能夠評估低風(fēng)險和高風(fēng)險的路徑，這樣才能真正創(chuàng)建一系列解決方案，而不僅僅是針對特定事情的一個具體方案。”■