可弯曲的混凝土和其他二氧化碳排入水泥混合物可以大大减少全球排放量

2月17日,2021年

由Lucca Henrion., 密歇根大学; 张张, 密歇根大学; 维克多C. Li., 密歇根大学, 和 Volker Sivil., 密歇根大学 

–气候变化的一个大贡献者是在脚下,改变它可能是一种强大的解决方案,可以使温室气体从大气中保持氛围。

水泥生产,混凝土中的粘合元素, 占全球全球二氧化碳排放量的7% 2018年。具体是地球上最常用的资源之一,估计 每年生产260亿吨 全世界。该生产预计至少还有两十年来减速。

鉴于行业的规模及其温室气体排放,可以重振混凝土的技术可能对气候变化产生深远的影响。

作为 工程师 在职的 关于问题 涉及 基础设施和施工,我们一直在设计下一代混凝土技术,可以降低基础设施的碳足迹并提高耐用性。包括CO2 - 注入混凝土,锁定温室气体,可以更强大,甚至可弯曲。


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该行业对戏剧性变化成熟,特别是在拜登行政承诺 基础设施投资大 项目和 削减美国排放量 同时。但是,将CO2放在混凝土中,以广大削减排放的方式,所有相关的排放都必须考虑。

重新思考混凝土

混凝土由骨料材料组成 - 主要是岩石和沙子 - 以及水泥和水。

因为关于 80%的混凝土的碳足迹来自水泥,研究人员一直在努力寻找替代材料。

工业副产品如 铁渣煤粉煤灰 现在经常用于减少所需的水泥量。由于这种变化,所得到的混凝土可以显着降低排放。替代粘合剂,例如 石灰石煅烧粘土,也可以减少水泥使用。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,研究人员和公司专注于使用捕获的二氧化碳作为混凝土本身的成分的方式,将其锁定并防止其进入大气。 CO 2可以以聚集体的形式添加 - 或在混合期间注射。 碳化固化,也称为CO2固化,也可以在混凝土浇铸后使用。

这些过程将CO 2从气体转向矿物质,产生固体碳酸盐,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, 减少金额 相关排放。公司等公司 碳化碳化悬崖 已经开发了使用这些工艺在建造场所和预制混凝土中浇筑的混凝土的技术,例如煤渣块和其他建筑材料。

二氧化碳储存可能性的例证混凝土的
二氧化碳可以弥补大量的混凝土质量。
Lucca Henrion. /密歇根大学, cc by-nd
kitahama大楼
日本最高的住宅塔Kitahama大厦是用可弯曲的混凝土构建的,用于地震阻力。
MC681 / Wikimedia Commons

在密歇根大学, 我们正在努力 生产a的复合材料 可弯曲的混凝土材料 这允许较薄,不太脆性的结构,需要较少的钢筋,进一步减少相关的碳排放。可以通过使用易于与CO 2的较小颗粒变得易于反应的较小颗粒来改造材料以最大化其可以存储的CO 2的量。

基于CO2的可弯曲混凝土可用于一般建筑物,水和能源基础设施,以及运输基础设施。可弯曲的混凝土用于日本大阪的61层基塔哈山塔和 巷道桥梁板 在密歇根州的ypsilanti。

生命周期排放的挑战

这些尖端技术可以开始寻址混凝土基础设施的碳足迹,但仍然存在障碍。

在一个 研究发表于2月8日我们三个人看着生命周期的排放从注入二氧化碳进入混凝土,发现估计并不总是占来自二氧化碳捕获,运输和使用的排放。通过同事,我们提出了确保碳固化具有强大排放的策略。

总体而言,我们建议开发标准二氧化碳固化协议。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用性,但结果随着特定的固化程序和混凝土混合物而变化。研究可以改善固化过程中步骤的条件和时间,以提高混凝土的性能。电力使用 - 通过简化过程,也可以通过使用废热来减少固化过程中的最大排放来源。

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

合并基础设施和气候政策

在2020年,很广泛 公司范围 宣布减少排放的措施。但是,仍然需要政府投资和采购政策来改变建筑业。

地方政府正在采取第一步。 “低于具体碳混凝土”规则和项目减少混凝土中的水泥量的数量在全国各地种植,包括在内 加利福尼亚州马林县; Hastings-On-Hudson,纽约; A. 人行道飞行员在波特兰,俄勒冈州波特兰.

纽约新泽西州,立法者提出了国家一级政策,该政策将在竞标过程中提供价格折扣,以提出具有最低排放的资料。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。

在桥梁上降解混凝土和暴露的钢筋
很多北美基础设施处于失修状态。
Achim Herring / Wikimedia Commons, CC by

全国性的 联邦管理基础设施的粉碎 一直是稳步增长的危机。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。

交通部长Pete Buttigieg最近宣称有“巨大的机会 在推动美国基础设施方面的创造,股权和气候成就。“可以遵循将低碳混凝土提升到全国气候解决方案的政策。谈话

关于作者:

Lucca Henrion.,全球二氧化碳倡议的研究员, 密歇根大学; 张张,助理研究科学家, 密歇根大学; 维克多C. Li.,詹姆斯·米卓卓大学工程教授, 密歇根大学, 和 Volker Sivil.,Arthur F. Thurnau教授; DTE能源研究高能源研究;和总监,全球二氧化碳倡议, 密歇根大学

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