微小的藻类可以帮助修复混凝土肮脏的气候小秘密——4种创新方法来清理这个众所周知的难以脱碳的行业

人类生产的混凝土比地球上任何其他材料都要多。它是现代文明的文字基础——这是有充分理由的。

混凝土坚固耐用，价格实惠，几乎可以在地球上的每个社区使用。然而，全球混凝土行业有一个肮脏的小秘密——仅该行业的二氧化碳排放量就占全球的8%以上，是航空业排放量的三倍多。在过去20年里，随着亚洲城市的发展，碳排放翻了一番，而需求也在以前所未有的速度继续扩大。

它也是最难脱碳的行业之一，部分原因是制造商通常都是超本地化的，利润微薄，几乎没有投资于可以降低排放的技术。

然而，困难并不一定意味着不可能。

世界各地的建筑师、工程师、科学家和水泥和混凝土制造商正在研究和试验几种可以显著减少水泥和混凝土碳足迹的新策略和技术。以下是其中的一些，包括我在科罗拉多大学的团队正在研究的一个:找到方法，使用纯天然的微藻来解决混凝土最大的排放问题——水泥。

它不需要100%的水泥

混凝土对气候影响的罪魁祸首是硅酸盐水泥的生产——用于制造混凝土的粉末。

水泥是通过将富含碳酸钙的石灰石加热到2640华氏度(1450摄氏度)以上制成的。碳酸钙分解成氧化钙或生石灰和二氧化碳——一种使气候变暖的温室气体。这种化学反应被波特兰水泥协会称为“生命的化学事实”，造成了水泥相关排放的60%左右。剩下的来自于加热窑炉的能量。

减少混凝土碳足迹最具前景的短期策略之一是使用来自燃煤电厂的飞灰、炼铁生产的炉渣和煅烧粘土等材料来取代混凝土混合物中的部分硅酸盐水泥。这些被称为补充胶凝材料。

使用20% ~ 50%的粉煤灰、矿渣或煅烧粘土可降低混凝土混合料的含碳率。

另一种方法是使用少量的石灰石来取代部分水泥，这正在成为一种最佳做法。在经过严格的测试后，加州交通部(California Department of Transportation)最近宣布，将允许在其项目中使用波特兰-石灰石水泥混合物(简称PLC)。用5% - 15%的石灰石代替水泥，PLC可以减少同样数量的排放。加州的决定很快促使其他州批准使用PLC。

许多研究人员现在主张采用石灰石煅烧粘土水泥，其中含有约55%的硅酸盐水泥、15%的石灰石磨粉和30%的煅烧粘土。它可以减少45%以上的排放量。

电气化和碳捕获能做什么

水泥厂也开始测试碳捕获技术和电窑以减少排放。但是碳捕获是昂贵的，扩大技术以满足水泥和混凝土行业的需求不是一件容易的事。

窑炉电气化也面临同样的障碍。为世界上能源最密集的过程之一通电，需要新技术和大量资本投资。然而，零燃烧相关排放的承诺对一些企业家和水泥公司(包括那些对100%使用太阳能生产水泥感兴趣的公司)来说已经足够诱人了，他们正在竞相寻找技术上和经济上都可行的大规模解决方案。

国会于2022年8月通过的《通货膨胀削减法案》可能有助于将其中一些技术得到更广泛的应用。它包括为设备现代化和增加碳捕获能力提供资金，以及为制造商减少排放提供税收抵免激励。

没有水泥，可能会有藻类

另一种策略是生产功能相当的材料，不含任何硅酸盐水泥。

碱活化矿渣或粉煤灰水泥混凝土是由矿渣、粉煤灰或两者与非常强的碱结合而成。这些材料已经被证明可以减少90%或更多的碳排放，而且它们可能满足规模和成本标准，但它们仍然面临技术和监管方面的挑战。

一些低碳、无波特兰水泥的混凝土产品已经获得了市场吸引力，包括硅灰石为基础的模块化组件、压缩土块和预制生物水泥产品——包括使用光合作用、生物矿化微藻生产的产品。

藻类还被用作水泥窑加热的替代生物燃料，藻类培养系统也被与水泥生产联系起来，以捕获碳。