气候与自然

这种新材料可以让水泥产业在2030年前减排5亿吨

LC3水泥,右侧为本色,左侧为调整后的颜色。LC3水泥具有大幅减少全球二氧化碳排放量的潜力。 Image: LC3 Project/Stefan Wermuth

Karen Scrivener
Head of the Construction Materials Laboratory and LC3 Project Director, EPFL
Jeremy Packham
LC3 Project Communications Manager, EPFL
Scott Shell
Associate Director for Industry, The ClimateWorks Foundation
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气候与自然

  • 水泥产业的温室气体排放占人类温室气体排放总量的8%。
  • 用LC3材料替代水泥中的熟料可减少40%的二氧化碳排放,到2030年减排量可高达5亿吨。
  • 随着世界人口(尤其是南半球)不断增长,为了建造住房和基础设施,对水泥的需求预计仍将增加。

混凝土的生产规模确实巨大。全球混凝土人均年产量达四吨,但这种生产规模是有代价的。水泥作为粘合混凝土的胶凝材料,其排放量占全球总排放量的8%。

因此,找到一种既能减少混凝土对气候的影响、又能满足不断增长的经济需求的解决方案至关重要。

熟料是水泥的主要成分,其生产过程碳排放极高,占混凝土制造过程中水泥总排放量的90%。幸运的是,有许多行之有效的策略可以大幅减少制造水泥和混凝土所需的熟料量。其中一个最有前景的解决方案被称为LC3,即石灰石煅烧粘土水泥。

LC3:改变水泥行业的新产品

LC3解决了熟料生产过程中的两个碳排放源。首先,它用煅烧粘土和石灰石粉替代了一半的熟料,这两种材料在加热时都不会像石灰石那样产生碳排放。其次,粘土的加热温度要低得多,减少了燃料使用和由此产生的碳排放。因为与制造熟料的条件相比所需温度较低,改用电力等清洁能源也更加可行。与传统水泥相比,LC3替代了一半的熟料,能减少约40%的二氧化碳排放量。

LC3可减少制造水泥所需的碳密集型熟料,从而大幅降低总体排放量 Image: LC3 Project/Zoï Environment Network设计

LC3也很实用。它的透水性和透盐性较弱,可使混凝土道路和桥梁更加耐用,增长使用寿命,降低更换成本,减少不便。制造LC3所需能源较少,使用的粘土也很常见,因此生产成本较低,最高可降低25%。

到2030年减排5亿吨

LC3已在迅速发展,目前在全球多家工厂都有生产。每生产一吨煅烧粘土,就能减少600千克二氧化碳排放。

到2023年底,LC3将减少约1500万吨二氧化碳排放。预计到2025年,LC3将减排4500万吨。

如果水泥行业大规模使用LC3,到2030年,能帮助减少5亿吨二氧化碳排放。

许多领先的水泥生产商现在正在采用煅烧粘土水泥。例如,霍尔希姆(Holcim)公司在2023年1月宣布在法国的一家工厂投产,每年将生产50万吨低碳水泥。哥伦比亚的Argos Cementos每年生产230万吨LC3水泥,已用于当地的道路、隧道和建筑施工。

南半球水泥行业未来发展

未来几年乃至几十年里,全球大部分新建建筑将出现在南半球,尤其是非洲,预计到2050年,非洲人口将增加10亿。这意味着需要消耗大量水泥。

南半球,尤其是非洲和亚洲,未来将需要大量水泥。 Image: LC3 Project/ Zoï Environment Network设计

非洲是世界上人口增长最快的地区,但在非洲大陆却几乎找不到合适的石灰石来生产熟料。如今,昂贵的熟料进口直接影响到成本。它引起了住房和基础设施的负担能力问题。幸运的是,粘土是常见岩石的风化产物,因此它存在于大多数地质环境中。含有高岭石的粘土是最适合制作LC3的粘土类型,且其在非洲各地都产量丰富。

采用LC3技术并用当地资源替代大部分熟料成分,非洲国家和南半球国家可以打造世界级的地方工业,获得经济和就业效益。这将减少用外汇进口熟料的需要,以较低的成本建造住房和基础设施,同时限制二氧化碳的排放。

重构混凝土价值链

减少水泥中熟料的用量可以减少水泥生产过程中的排放,但如果我们纵观整条混凝土价值链,还有许多其他可以采取的策略。通过提高工厂的能源效率和使用废燃料等替代燃料,我们可以进一步减少熟料生产过程中产生的二氧化碳。通过精心选择骨料粒度级配,减少水泥浆的填充空隙,节省水泥成本,减少碳排放。

我们还能改善并提升建筑中使用的混凝土的设计和效率。全球水泥和混凝土协会预计这将节省22%的混凝土,同时也能降低成本。最后,调整某些设计元素,提升效率并回收材料能进一步减少混凝土对气候的影响。

如果将所有这些策略结合起来,利用当今的技术,我们可以减少水泥和混凝土生产中80%的排放。

为了实现这一目标,水泥和混凝土生产商、承包商和贸易伙伴、设计团队和业主等整个行业的利益相关方必须共同努力。

改变现有做法并推动全行业转型离不开勤奋和毅力。私营和公共部门都应有强烈的合作意愿,共同促进建筑业向净零排放转型,同时提供可持续增长的解决方案。现在,要扩展真正的解决方案,我们比以往任何时候都更需要公私合作。

本文作者:

Karen Scrivener,洛桑联邦理工学院建筑材料实验室负责人、LC3项目负责人

Jeremy Packham,洛桑联邦理工学院LC3项目传播经理

Scott Shell,气候工作基金会工业部副主任

本文原载于世界经济论坛Agenda博客,转载请注明来源并附上本文链接。

翻译:孙芊

编辑:江颂贤

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