随着全球加速应对气候变化，人们通常将目光聚焦在削减化石燃料使用和减少温室气体排放上。然而，水泥生产本身就是二氧化碳（CO2）的重要排放源，约占全球CO2排放总量的8%。

新型低碳水泥的关键进展

近期，研究人员在《ACS Energy Letters》上发表成果，展示了一种全新的水泥生产路线。与传统工艺相比，这种方法可将能量输入需求降低约70%，同时将CO2排放量减少高达98%。

“这项研究为水泥生产提供了一条电气化路径，当以废弃水泥作为原料时，有望将该行业巨大的碳足迹削减多达98%。”Curtis Berlinguette 表示。

作为论文通讯作者，Berlinguette 进一步指出：“我们的目标是从源头上解决水泥生产的排放问题。我们利用电力，并以回收水泥制备前驱体，在远低于以往工艺的温度下合成一种称为贝利特的水泥类型。富含贝利特的水泥对大坝等大型基础设施尤为关键。”

为何水泥排放如此可观

水泥是混凝土的核心成分。混凝土之所以坚固耐用，是因为水泥与水混合后能牢固黏结砂石等骨料。传统水泥的主要原料是石灰石。

在常规生产过程中，石灰石（碳酸钙，CaCO₃）和含硅矿物需要在两级高温工序中被加热到超过2600华氏度（约1450摄氏度）。在这一过程中，石灰石分解会释放大量CO2，这是水泥行业排放居高不下的根本原因之一。

电化学工艺如何运作

为改变这一高碳模式，Berlinguette 及其在不列颠哥伦比亚大学的团队采用电力驱动的方式，降低石灰石和含硅矿物转化为水泥前驱体时的能量需求。

在他们提出的电化学工艺中，关键反应可在约140华氏度（60摄氏度）的低温下完成。随后，这些反应产物被送入约1200华氏度（650摄氏度）的窑中转化为贝利特。

通过显著降低反应和烧成温度，这一新方法将热能需求削减了约70%，并在整个过程中大幅减少了与传统工艺相比的CO2排放量。

利用废弃水泥实现更深度减排

为了进一步压缩碳排放，研究团队尝试用回收的废弃水泥替代天然石灰石作为原料，并将其引入同样的电化学工艺中。

在这一示范中，新工艺的排放量降至每吨水泥约20公斤CO2，而传统水泥生产通常每吨会排放约800公斤CO2，减排幅度达到98%。

研究人员还指出，电化学反应过程中产生的氢气可作为燃料，用于水泥生产第二步所需的热能供应，从而进一步替代化石燃料，为水泥行业的深度脱碳提供额外助力。