• 建筑业必须在提高产量的同时减少其碳排放量。
  • 解决这两个问题的方法可能就在于二氧化碳本身。
  • 以下是其工作原理,以及实现方式。

每年与建筑业相关的支出超11万亿美元,约占全球国内生产总值(GDP)的13%,但与其他行业相比,其生产与增长都比较落后。与此同时,其对环境的影响则非常显著,例如,仅水泥生产就占全球二氧化碳排放的8%。该行业的生产力以及二氧化碳排放量是亟待解决的关键问题,只有这样才能满足日益增长的建设需求,同时减少对环境的破坏。

解决这两个问题的关键可能就在于二氧化碳本身。

生产力低下的问题可以通过自动化在工业中迅速且大规模的应用得以解决。传统上来说,自动化提高了许多行业的生产率,但这通常会伴随着失业问题。如今,全球可用劳动力处于短缺状态,但对建筑行业来说,这种情况将会有所不同。由于引入了自动化工具,混凝土材料可以通过3D打印,建筑模块也可以更好地进行预加工,这将简化整个建筑的组装流程。总的来说,这降低了新建筑设计的成本,减少了建筑工人的实际负担,还能增加可以与实施及工具操作相关的就业岗位。

混凝土的3D打印技术已经应用了一段时间,不过,这种技术将进一步受益于混凝土材料的进步,以使其具有更好的可打印性,例如提高施工速度,同时保持结构的完整性。此外,高级混凝土必须具有更高的机械稳定性、智能热性能、空气过滤以及自修复能力等性能。但首要的是,在目前的环境下,这些材料需要提供更好的可制造性并减少二氧化碳的排放。

新材料将成为推动建筑进步的关键因素。将捕获的二氧化碳作为一种成分,集中研究与开发混凝土以及类似混凝土的复合材料不失为一个机会。二氧化碳可以直接从空气中提取,但也可以从发电厂或水泥厂获取。无论哪种情况,二氧化碳都将以矿化形式被永久地去除。因此,这种努力将有助于应对气候变化带来的影响。

二氧化碳可以通过多种方式成为建筑业及其他行业的原材料。首先,在水泥养护过程中,可以采用传统上用水的方式使用二氧化碳。新兴的商业演示以预制模块浇筑在建筑工地的混凝土而闻名。其次,工业废料,如钢渣、发电厂的粉煤灰或矿山的尾砂,可以与二氧化碳反应形成碳酸盐材料,以将其作为混凝土的合适配料。第三,植物纤维与植物聚合物可以发展成为混凝土的制作成分。

混凝土是一种多功能材料,其许多性能将不断发展,以满足特定的使用情况。水泥基工程复合材料(ECC)是一类结合了混凝土强度与金属延展性的混凝土材料。这部分是通过在混凝土混合物中引入聚合物纤维来实现的。与其他混凝土一样,ECC可以包含如上所述的二氧化碳,并通过使用植物纤维而非聚合物纤维提供额外的固碳机会。

二氧化碳基复合材料将用于具竞争性的施工方法,在其全面部署的过程中,存在着巨大的障碍。其需要的工作包括新材料的设计与测试,以及对供应链的改造与扩展。这包括在传统上规避风险的环境中创造对这些材料的适当需求,因此需要适当的政策支持。

第四次工业革命的经验教训也可以为建筑业提供帮助。环境,经济以及社会效益都值得我们为之付出努力。总体而言,以二氧化碳为基础的建筑材料提供了一个去除数十亿吨二氧化碳的机会。与其他二氧化碳利用案例相比,这类捕获二氧化碳的产品是唯一能够提供永久性去除二氧化碳机会的产品。对于一个碳中性星球来说,这些产品仍然是至关重要的,因为其可以生产含碳材料,如燃料、化学品以及聚合物,而非向制作过程中添加更多的碳。

本文作者:

Volker Sick,机械工程教授,全球二氧化碳倡议理事,密歇根大学

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翻译:程杨

校对:王思雨