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:它独自负责超过全球二氧化碳排放量的8%-超过排放量的三倍与航空有关．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。下面是其中的几个，包括一个我的团队科罗拉多大学的一名研究人员正在研究:如何使用纯天然的微藻来解决混凝土中最大的排放问题——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“生命的化学事实在水泥相关的排放中，高达60%左右是由美国制造的。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。这些被称为辅助胶凝材料．

使用20% ~ 50%的粉煤灰、矿渣或煅烧粘土可降低混凝土掺合物的含碳量几乎是相同的比例．

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。经过严格的测试，加州运输部(California Department of Transportation)最近宣布了这一计划允许在其项目中使用硅酸盐-石灰石水泥混合物，即PLC．用5% - 15%的石灰石代替水泥，PLC可以减少同样数量的排放。加州迅速做出了决定促使其他州批准使用PLC．

许多研究人员现在提倡采用石灰石煅烧粘土水泥其中含有55%的硅酸盐水泥、15%的石灰石和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

水泥厂也开始进行测试碳捕获技术和电窑削减排放。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(包括那些有兴趣使用的公司)来说已经足够诱人了100%太阳能用于水泥生产——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。

的降低通货膨胀法该法案将有助于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。这些材料已被出示给减少90%或更多的碳排放它们可能符合规模和成本标准，但仍面临技术和监管方面的挑战。

一些低碳、无硅酸盐水泥的混凝土产品已经获得市场牵引的例子包括硅灰石为基础的模块化组件，压缩土方块而且预制生物水泥产品，包括生产出来的利用光合作用，生物矿化微藻．

藻类还被用作水泥窑加热的替代生物燃料，藻类栽培系统也已被使用用水泥生产来捕获碳．

我和科罗拉多大学博尔德分校的团队正在研究硅酸盐水泥生产用藻类灰岩这将有助于减少与水泥制造相关的60%的排放。该技术具有吸引力，因为它与传统的水泥生产是即插即用的。

用混凝土将捕获的二氧化碳锁住

工程师们还在试验将捕获的二氧化碳注入到混凝土中，以及使用由二氧化碳制成的骨料来代替混合到混凝土中的砂砾或沙子。

这是一个令人兴奋的概念，但到目前为止，注射已经取得了成效二氧化碳排放量减少有限，以及二氧化碳储存聚集物的生产尚未扩大规模．

最终，时间将证明这些技术和其他技术是否能兑现它们的承诺。

可以肯定的是，水泥和混凝土行业已经在全球范围内意识到，它有一个需要解决的问题，而且没有灵丹妙药。应对不断增长的人口和迅速变化的气候所带来的当前和长期挑战，可能需要一套针对当地和全球市场量身定制的解决方案。

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威尔·斯鲁巴尔(Wil Srubar)博士是科罗拉多大学博尔德分校建筑工程和材料科学的助理教授，他领导着该大学的生命材料实验室。本文最初发表于谈话．