工业过程碳排放居首的水泥制造业如何脱碳生产？美国能源部资助高校研究

近日，美国国家科学基金会和美国能源部资助伊利诺伊大学芝加哥分校，以研究水泥脱碳生产。

目前，伊利诺伊大学芝加哥分校的化学工程师正在研究如何减少水泥生产过程中碳排放的新方法。

水泥是使用最广泛的建筑材料之一，但其生产过程中产生的二氧化碳占到全球二氧化碳排放量的8%，是应对气候变化的重大挑战之一。尽管目前人们正在努力研究可再生能源和新的水泥生产方法，但尚未有明确的水泥行业碳中和制造路径。

在美国国家科学基金会和美国能源部的共同资助下，伊利诺伊大学芝加哥分校、威斯康星大学麦迪逊分校和宾夕法尼亚州立大学等研究人员正进一步研究水泥脱碳生产。

“二氧化碳排放是一个全球性问题，如果你看一下所有的工业过程，并按产生二氧化碳的程度由高到低排名，水泥制造业是排在第一位的。” 伊利诺伊大学芝加哥分校工程学院化学工程助理教授Meenesh Singh说，“我们无法停止使用水泥，因为水泥对建造建筑、基础设施、道路和许多其他领域至关重要。”

美国能源部将为前述研究团队提供一笔230万美元的资金，用于支持开发一种负碳材料，以替代硅酸盐水泥。硅酸盐水泥是最常见的水泥类型之一。研究人员表示，希望把目前广泛使用的、碳密集型的水泥材料变为碳捕获系统。

前述研究团队使用一种被称为分布式直接空气碳捕获的方法，从空气中捕获碳，并利用捕获的碳，将工业矿物废料（如煤灰）快速碳化，使其转化为可回收利用的硅酸盐水泥替代品。

“我们正在研究利用一种废弃材料，然后将其制成一种可浇注的、类似水泥的材料，这种材料不仅不会释放二氧化碳，实际上还可以捕获碳。” Singh说道。目前，研究人员正在开发一种高通量系统，以测试不同类型和水平的化学品，并适用于各种废弃材料。

美国国家科学基金会则向伊利诺伊大学芝加哥分校、威斯康辛大学麦迪逊分校和刘易斯堡学院资助了190万美元，以支持开发一种可持续生产氢氧化钙的方法，氢氧化钙是制造水泥的关键成分。

目前研究人员正在开发的相关工艺被称为LoTECH，即低温氢氧化钙工艺。其利用低温氨循环从碾碎的混凝土和煤灰等工业废料中生产氢氧化钙。Sigh表示，通过这一工艺，水泥可以在小型、分散的便携式装置中制成混凝土。LoTECH系统还具有缩短混凝土行业供应链和促进可持续发展的潜力。“你可以把这看作是一个闭环的、模块化的过程。这个装置可以放在卡车的后面，通过收集工业废料，然后当场生产新的水泥。”

此外，可持续氢氧化钙可以取代传统使用的石灰石，这为消除石灰石的热分解反应，快速降低现有水泥行业50%以上的碳排放提供了一种可行方法。