全球人口增长和城市化将在未来数年和数十年内需要更多的建筑。因此，也将需要更多水泥。
目前，混凝土和水泥行业约占全球二氧化碳排放量的约7%，如果不采取行动，这一数字可能会大幅增长。
总部位于美国的初创企业Sublime Systems正在“实现水泥生产电气化并完全摒弃窑炉”——而窑炉是水泥制造过程中能源和化石燃料消耗最密集的环节。
“人口增长和城市化正在推动城市建设，规模相当于纽约市的城市每月都在增加，”霍尔希姆（Holcim）首席可持续发展官Nollaig Forrest在近期一份报告中指出。
“水泥是混凝土的关键成分，混凝土是使用最广泛的建筑材料，因为它就地取材、价格实惠、用途广泛、可回收、性能优异且具有韧性，”她补充道。
“但获取生产水泥和混凝土所需的原材料，正给我们的地球及其自然资源带来越来越大的压力。”
混凝土和水泥的排放量约占全球二氧化碳排放量的约7%，如果不采取行动，这一数字可能会大幅增长，并实际上削弱其他行业的脱碳努力。
世界经济论坛与波士顿咨询公司合作，并借鉴全球水泥与混凝土协会（GCCA）的行业意见，研究了混凝土的生产与使用，以制定一个七部分框架，帮助推广低碳设计，并减少水泥和混凝土生产的排放。
该框架建议通过三项关键举措，到2030年将建设项目中混凝土的排放量减少多达40%：
1. 制造工艺脱碳，包括提高生产效率和使用可再生电力等措施。
2. 采用低碳水泥混合料，即使用辅助胶凝材料减少生产中的水泥用量，从而降低混合料的碳足迹。
3. 优化项目材料用量即通过应用设计技术减少所需材料的总用量，并在水泥产品的碳强度与所需用量之间进行权衡。
Leah Ellis博士是朝着通过改变水泥生产方式实现制造工艺脱碳的一种解决方案的代表。作为总部位于美国的初创企业Sublime Systems的联合创始人兼首席执行官，Leah表示，他们正在打造“水泥制造领域的电动汽车”。
“我们用电化学方法取代化石燃料窑炉，”她在接受世界经济论坛采访时表示。
目前最常见的水泥生产方法会产生两种二氧化碳排放来源：约40%来自燃烧化石燃料以将窑炉加热至1300–1450°C，约60%则在石灰石热分解为二氧化碳和石灰的过程中释放，石灰是熟料的重要成分，而熟料是水泥的主要原料（约占70%）。
“我们正在用一种常温工艺取代高温、燃烧化石燃料的窑炉。这种工艺在热力学上可能更加高效，并能生产出人类数千年来一直使用的同种硬化水泥，”Leah表示。
“而且，我们最终可以以相同的成本生产。”
从每年100吨到每日100吨
这种水泥制造方法已在实验室中得到验证，团队目前专注于扩大规模。“过去三年间，我们已从实验室中的一克水泥扩大到中试工厂每年100吨的产量。但这仍只是沧海一粟，”Leah坦言。
“我们必须从当前的中试工厂产能，提升到示范规模的产能——因此，这需要建设最小可行工业规模工厂，其日产量约为100吨。
“在此基础上，如果我们要在行业中发挥作用、实现相关产量并具备成本竞争力，就必须扩大到每年一百万吨的规模。”
不过，她对行业从基于化学成分的标准转向基于性能的标准仍持乐观态度。“这意味着，水泥不再仅依据其化学成分来定义，而是依据其性能来定义，”她表示。
“那么，这种水泥与水的反应比例是否相同？它凝固并形成凝胶所需的时间是否相同？通过特定测试衡量，它的强度和耐久性是否相同？
为什么这一点很重要？“因为以性能而非化学成分来定义水泥，才能解决真正的问题：获得高性能、低碳的建筑材料。”
迈向“真正”的零碳
对Leah而言，开发可持续水泥生产背后的技术源于她对化学的热情，以及减少自身环境影响的愿望。
“我创办Sublime Systems时，并不是水泥专家，”她说道，“我是一名电池专家，不得不从维基百科、教科书，然后是期刊文章开始学习水泥知识，并且越学越深入。”
如今，他们的水泥旨在实现“真正”的零碳，而不仅仅是“净”零排放——其途径是以电化学工艺取代化石燃料窑炉，并从根本上避免二氧化碳排放。“我们正在为后碳时代打造一项技术。
“这项技术不仅适用于从现在到2050年实现净零排放的这段时间。它将是一项在100年甚至千年之后依然具有价值的技术。”
Leah认为，她的经历对每个人都有启示意义：“好的想法可以来自任何地方。我鼓励人们打破常规，勇于尝试解决问题，即使自己并非专家。”
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