混凝土和钢铁生产是二氧化碳的主要排放源,但剑桥大学的一种新解决方案可以同时回收利用这两种材料。将旧混凝土投入钢材加工炉中,不仅可以提纯铁,还能产生副产品"再活化水泥"。如果使用可再生能源,该工艺可以生产出完全零碳排放的水泥。
混凝土是世界上使用最多的建筑材料,而制造混凝土是一项特别肮脏的工作--仅混凝土生产就排放了全球二氧化碳总量的 8%。遗憾的是,要将混凝土回收再利用,使其可以用于制造新的混凝土结构并不容易。
科学家们当然一直在研究如何使混凝土更加环保。这包括改变配方,剔除污染最严重的成分(特别是石灰石),或者设计混凝土,使其在铺设后能从空气中吸收更多的二氧化碳。在这项新研究中,剑桥大学的研究人员调查了如何将废弃混凝土重新转化为熟料(水泥的干燥成分),以便再次使用。
这项研究的第一作者 Cyrille Dunant 博士说:"我在以前的工作中就有一个模糊的想法,如果有可能粉碎旧混凝土,取出沙子和石子,加热水泥就能去除水分,然后就能重新形成熟料。液态金属浴将有助于这种化学反应的进行,而用于回收钢材的电弧炉则很有可能。我们必须尝试一下。"
电弧炉需要一种"助熔剂"材料(通常是石灰)来净化钢水。这种熔化的岩石物质会捕捉杂质,然后冒泡到表面,形成一层保护层,防止新的纯钢暴露在空气中。工艺结束时,用过的助熔剂会作为废料丢弃。
因此,在剑桥方法中,石灰助熔剂被换成了再生水泥浆,它不仅能很好地净化钢水,而且如果将剩下的矿渣在空气中快速冷却,它就会变成新的波特兰水泥。这样制成的混凝土与原来的混凝土性能相似。
重要的是,研究小组表示,这种技术不会增加混凝土或钢材生产的主要成本,与通常的生产方法相比,还能显著减少二氧化碳排放量。如果电弧炉由可再生能源提供动力,那么它基本上可以制造出零排放的水泥。
这项技术已经在生产几十公斤水泥的熔炉中进行了试验,研究人员说,本月正在进行首次工业规模试验,两小时内将生产约 66 吨水泥。研究人员说,到 2050 年,该工艺的规模可以扩大到生产 10 亿吨"电动水泥"。
领导这项研究的朱利安-艾尔伍德教授说:"生产零排放水泥绝对是一个奇迹,但我们还必须减少水泥和混凝土的用量。混凝土既便宜又结实,而且几乎可以在任何地方制造,但我们却用得太多了。我们可以在不降低安全性的前提下大幅减少混凝土的用量,但这需要政治意愿。"
"剑桥电动水泥"不仅是建筑行业的一次突破,我们还希望它能成为一面旗帜,帮助政府认识到,在实现零排放的道路上,创新的机会远远超出了能源领域。作为商业化的第一步,该工艺已经申请了专利。
这项研究发表在《自然》杂志上。研究小组在下面的视频中介绍了这项工作。