具体的改变:让水泥变成负碳

水泥是世界上使用最广泛的建筑材料之一，产量也在不断增长2014年为43亿吨/年和成长每年5%到6%．今天,它是占5.6%如果水泥工业是一个国家，这将是世界第三大排放国。为了将全球变暖控制在2摄氏度以下，水泥的碳强度必须在技术可行的情况下尽快降至接近零的水平。

幸运的是，正确的政策和技术可以让水泥制造带来净气候效益。在其使用寿命和拆除后，水泥自然地捕获很大部分人在制造过程中排放的二氧化碳。当这种效应与碳捕获和存储(CCS)、能源效率技术、生物燃料或电气化结合在一起时，水泥除去的二氧化碳比它增加到大气中的要多。

在新书中《设计气候解决方案:低碳能源政策指南》我和我的合著者确定了一系列政策，如碳定价、行业效率或排放标准，以及政府研发(R&D)支持，以帮助确保必要技术的存在并鼓励它们的使用。

我们的研究显示(PDF)这取决于热燃料供应脱碳的程度，在53%到80%之间的二氧化碳捕获率将使水泥达到碳中性，而更高的CCS捕获率将实现净碳负水泥。这为世界提供了一个前景，在这个世界里，只需建造建筑和基础设施就可以降低大气中的二氧化碳浓度，并有助于应对气候变化。

水泥排放物的组成

水泥是混凝土的组成部分60%至70% (PDF格式)其制造排放的大部分来自石灰岩分解成二氧化碳(释放到大气中)和石灰。大多数剩余的二氧化碳排放来自燃烧燃料(通常是煤)来加热输入的材料。

要防止全球变暖达到危险的水平，就需要在本世纪后期将二氧化碳排放量降至零。事实上,大多数的场景避免危险的全球变暖的方法包括“负排放”——例如在21世纪末从大气中去除二氧化碳的策略。

目前的挑战是找到在全球范围内有效的、具有成本效益的碳去除技术方法。因为水泥在世界范围内已经被大量使用，所以它是一种被忽视的是去除二氧化碳很有前途的选择。

水泥可以去除大气中的二氧化碳

水泥生产后要经过“碳化”过程，混凝土暴露在二氧化碳和湿度中，慢慢地与二氧化碳结合，将碳以矿物形式储存起来。由于混凝土是多孔的，二氧化碳会慢慢扩散到混凝土中，经过若干年的时间将水泥碳化至60毫米或更深。

虽然许多(自动PDF下载)研究有探索碳化,习等人最近的研究提供了世界范围内碳化过程的速率和规模的最佳估计，发现水泥生产过程中大约三分之一的排放(石灰石分解产生的排放)在最初两年内被重新吸收。在几十年的时间里，这一比例上升到48%左右。

当天然碳化与水泥生产中脱碳或提高能源效率的措施，以及捕获水泥生产过程中排放的二氧化碳的技术相结合时，可以净减少大气中的二氧化碳。

减少水泥生产中二氧化碳排放的政策

为了使碳负水泥成为可能，水泥制造商必须采用新技术。有几项政策可以为工业界提供奖励和援助，包括:

• 碳定价这些措施给水泥生产商提供了财政激励，鼓励他们安装碳捕获设备和进行其他升级。
• 工业能源效率或工业过程排放标准这有助于确保所有生产商满足最低要求，支持落后的生产商或设施。
• 政府研究及发展支援这降低了新技术的成本，包括碳捕获、新生物燃料和利用水泥制造中使用的高温发电的新技术。

减少水泥中二氧化碳排放的措施

水泥制造商可以采取以下措施减少二氧化碳排放:

• 热能效率:用于加热输入材料的燃料量可以减少。例如，水泥制造商可以使用干法窑，它使用的原料含水量较低，因此蒸发水所需的能量较少。类似地，使用预分解炉和多级预热器可以在输入的材料进入窑前干燥。
• 燃料转换和电气化:在世界范围内，煤炭满足了70%的水泥热能需求。生物质和废物燃料可以替代煤。长期的选择可能存在的电气化的热产生，例如感应加热或微波加热．
• 提高混凝土强度:一些建筑设计可以使用更少的水泥或混凝土，同时保持必要的强度。例如，使用弯曲的织物模具塑造混凝土可以减少混凝土的使用多达40%相对于带有尖角和角的标准几何图形。其他技术包括使用高强度混凝土混合物或向混凝土中注入二氧化碳当它变硬。
• 改善建筑寿命:混凝土建筑需要更换的次数越多，生产的混凝土就越多。今天,混凝土建筑(PDF)在世界大部分地区持续了不到80年，在东亚持续了不到40年。高质量的建筑和适当的维护，混凝土结构可以使用超过200年。
• 碳捕获和封存:碳捕获系统必须针对过程排放和燃烧排放。这些系统分为两类:燃烧后技术旨在将二氧化碳从废气中分离出来，通常依靠化学吸收二氧化碳(例如，通过胺吸收)。氧燃料技术将燃料与纯氧而不是空气进行反应，产生更纯净的二氧化碳流，也可以捕获二氧化碳。

到2050年达到碳中和

据国际能源署(IEA)和全球水泥可持续发展倡议(Global Cement Sustainability Initiat竞彩足球app怎么下载ive)估计，2015年至2050年，全球水泥产量将达到1570亿吨。我们使用国际能源署的预测作为基准，添加了碳化效应，并调查了实现碳中性水泥的碳捕获率。80%的捕集率足以抵消所有燃烧和过程排放。如果热能燃料供应可以完全脱碳，那么只有53%的二氧化碳排放需要被捕获。

浇筑混凝土可以减少二氧化碳的排放

许多选择可以减少水泥制造的排放，甚至使其成为一个净气候效益。一套正确的政策——包括碳定价、行业效率或排放标准，以及政府对研发的支持——可以帮助确保必要的技术商业化并被行业采用。由于天然水泥碳化，脱碳水泥的挑战比它可能出现的要少。

根据热燃料供应脱碳的程度，在53%到80%之间的二氧化碳捕获率将使水泥达到碳中性，而更高的CCS捕获率可以帮助实现净碳负水泥。这为世界提供了一个前景，在这个世界中，仅仅建造建筑和基础设施就可以降低大气中的二氧化碳浓度，并有助于应对气候变化。