可弯曲的混凝土和其他注入二氧化碳的水泥混合物可大大减少全球排放

2021年2月17日

卢卡·亨里恩(Lucca Henrion), 密西根大学; 张铎, 密西根大学; 维克多·李, 密西根大学, 和 沃尔克病, 密西根大学 

–导致气候变化的主要因素之一就是脚下,而改变气候变化可能是将温室气体排除在大气中的有力解决方案。

水泥的生产,混凝土中的结合元素, 占全球二氧化碳总排放量的7% 在2018年。混凝土是地球上最常用的资源之一,据估计 年产260亿吨 全世界。预计生产至少要再减速二十年。

考虑到该行业的规模及其温室气体排放,可以重塑混凝土的技术可能对气候变化产生深远影响。

作为 工程师 在职的 关于问题 涉及 基础设施和建筑,我们一直在设计下一代混凝土技术,可以减少基础设施的碳足迹并提高耐用性。其中包括注入二氧化碳的混凝土,可以锁定温室气体,并且强度更高甚至弯曲。




该行业已经发生了巨大变化,现在已经成熟,尤其是拜登政府许诺 大笔投资基础设施 项目和 减少美国的排放 同时。但是,要想以大幅度减少排放的方式将CO2广泛用于混凝土中,必须考虑到所有与之相关的排放。

重新思考混凝土

混凝土由骨料(主要是岩石和沙子)以及水泥和水组成。

因为关于 混凝土的碳足迹80%来自水泥,研究人员一直在努力寻找替代材料。

工业副产品,例如 铁渣粉煤灰 现在经常用于减少所需的水泥量。由于这种变化,生成的混凝土的排放量可以大大降低。替代粘合剂,例如 石灰石煅烧粘土,也可以减少水泥用量。一项研究发现,使用石灰石和煅烧粘土可以减少排放。 至少20% 同时也降低了生产成本。

除了开发混合水泥外,研究人员和公司还致力于将捕获的二氧化碳用作混凝土本身的成分,将其锁定并防止其进入大气的方法。二氧化碳可以以聚集体的形式添加-或在混合过程中注入。 碳化固化也称为CO2固化,也可以在混凝土浇筑后使用。

这些过程将二氧化碳从气体转化为矿物,生成固体碳酸盐,这也可以提高混凝土的强度。这意味着结构可能需要更少的水泥, 减少数量 相关排放量。公司如 碳固化索利迪亚 已经开发出了将这些工艺用于浇筑在建筑工地和预制混凝土(例如煤渣块和其他建筑材料)中的技术。

混凝土中二氧化碳储存可能性的图示
二氧化碳可以占混凝土质量的很大一部分。
卢卡·亨里昂/密西根大学, 抄送-ND
北滨大厦
北ah大厦是日本最高的住宅塔楼,采用可弯曲的混凝土建造,以抗震。
MC681 / Wikimedia Commons

在密歇根大学, 我们正在努力 复合材料产生 可弯曲混凝土材料 从而使更薄,更不易碎的结构所需的钢筋更少,从而进一步减少了相关的碳排放。通过使用易于与CO2反应并将其转变为矿物的较小颗粒,可以对材料进行工程设计,以最大程度地存储二氧化碳。

基于二氧化碳的可弯曲混凝土可用于一般建筑,水和能源基础设施以及运输基础设施。日本大阪的61层北滨大厦使用了可弯曲的混凝土, 巷道桥板 在密西根州的伊普西兰蒂。

生命周期排放的挑战

这些尖端技术可以开始解决混凝土基础设施的碳足迹,但是仍然存在障碍。

在一个 研究于2月8日发布,我们三个人研究了将CO2注入混凝土中的生命周期排放,发现估算值并不总能解释CO2捕集,运输和使用所产生的排放。与同事一起,我们提出了确保碳固化具有强大排放效益的策略。

总体而言,我们建议制定标准的CO2固化方案。实验室实验表明,二氧化碳固化可以提高混凝土的强度和耐久性,但结果会因特定的固化程序和混凝土混合物而异。研究可以改善固化过程中的条件和步骤时间,以提高混凝土的性能。通过简化流程并可能利用废热,也可以减少用电量(固化过程中的最大排放源)。

先进的混凝土混合物,尤其是可弯曲的混凝土,已经开始通过提高耐用性来解决这些问题。

融合基础设施和气候政策

2020年, 公司范围 宣布了减少排放的步骤。但是,仍然需要政府的投资和采购政策来改变建筑业。

地方政府正在迈出第一步。全国各地都出现了“低碳混凝土”的规则和项目,以减少混凝土中的水泥含量。 加利福尼亚马林县; 纽约哈德斯敦;和一个 俄勒冈州波特兰市的人行道飞行员.

纽约新泽西州,立法者提出了州一级的政策,该政策将在招标过程中为混凝土排放量最低的提案提供价格折扣。这些政策可以作为减少混凝土生产和其他建筑材料的碳排放的蓝图。

桥梁上的降解混凝土和裸露钢筋
北美许多基础设施都处于失修状态。
阿奇姆鲱鱼/维基共享资源, 抄送

在全国范围内 联邦政府管理的基础设施崩溃 一直在稳步增长的危机。拜登政府可以开始解决这些问题以及气候变化,并通过战略基础设施计划创造就业机会。

运输部长Pete Buttigieg最近宣布,“巨大的机会 在发展美国基础设施方面创造就业机会,实现公平和实现气候成就。”可以遵循将低碳混凝土提升为全国性气候解决方案的政策。谈话

关于作者:

卢卡·亨里昂(Lucca Henrion),全球二氧化碳倡议研究研究员, 密西根大学; 张铎,助理研究员, 密西根大学; 维克多·李,詹姆斯·R·赖斯杰出大学工程学教授, 密西根大学, 和 沃尔克病,Arthur F. Thurnau教授; DTE高级能源研究能源教授;全球二氧化碳倡议组织主任 密西根大学

该文章重新发布于 谈话 根据知识共享许可。阅读 来源文章.