环保吸碳水泥五年后有望投入市场

　　将材料中的碳酸钙或石灰岩换成镁硅酸盐，全球水泥工业将获得3亿吨减排量，这约相当于增加64亿美元产值。照届时全球水泥工业产值2500亿美元计，这仍是一个明显的增量。

　　2010年，全世界每年将生产超过30亿吨水泥。

　　提及这个数字，不仅仅是因为每一栋在建的建筑都离不开水泥，更是因为它是未来二氧化碳减排的重点监督对象。

　　按照目前国内的平均水平，每生产一吨的水泥熟料，由碳酸钙分解产生的二氧化碳就有0.5107吨，而这还仅仅是原料锻烧分解阶段的碳排放数字。“水泥生产过程中的二氧化碳排放分为直接排放和间接排放两种，如若加上水泥窑燃料燃烧产生的二氧化碳以及熟料生产电耗等阶段产生的，总量大约为0.8吨。水泥业是名副其实的碳排放大户。”崔素萍说。作为北京工业大学材料学院的教授，她多年以来一直从事高性能水泥及建筑材料生产过程节能减排的研究工作。

　　与崔素萍所说的传统水泥制造方法不同，英国的斯图尔特·伊万（Stuart Evan）规划了一副全新的水泥地图。斯图尔特是英国Novacem公司的主席。水泥是公司的拳头产品。不过Novacem的水泥有些不一样，他们将原料碳酸钙替换成镁硅酸盐，结果每生产一吨水泥，只排放0.5吨的二氧化碳。而且，用这种水泥建筑房屋，它还能吸收二氧化碳。

　　为什么是碳负性？

　　“Novacem的水泥碳排放只有-0.1，也就是说，核算之后这种水泥不但不排放二氧化碳，还能吸收0.1吨的二氧化碳，碳减排的效益十分可观。” 斯图尔特说。

　　从二氧化碳排放大户到“吃”碳先锋，Novacem公司的改变仅仅是替换原料，用镁硅酸盐取代常用的碳酸钙或石灰岩。斯图尔特在接受记者采访时并没有透露这一技术是如何实现的，但分析了Novacem研制的这种水泥“碳负性”的原因：“我们在煅烧水泥熟料的过程中，把温度从传统的1500℃降低到了600℃，而且，新的水泥在硬化的时候也可以更多地吸收空气中的二氧化碳，总体上降低自己的碳足迹。”

　　有必要来了解一下平常生活中无处不在的水泥。

　　目前使用的主要有通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类，其中产量占95%左右的是通用水泥，一般用来建造土木建筑工程，我们常说的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等都属于通用水泥。它是以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，国际上统称为波特兰水泥（Portland Cement）。

　　其实，Novacem公司采用镁硅酸盐取代常用碳酸钙或石灰岩制造水泥的技术不算新鲜。在建筑行业内，这种办法被称为“镁质水泥制品”,一般都是采用氧化镁、氯化镁、水这三元体系经配置和加改性剂而制成。1867年，法国人索瑞尔用具有一定浓度的氯化镁水溶液与活性氧化镁粉末调配后得到了“镁水泥石”,由于这种水泥具有大理石般的光滑表面，被迅速的用于装饰材料中，至今不少卫浴产品都采用镁硅酸盐材料的制品。

　　与碳酸钙或石灰岩相比，镁硅酸盐原料中的碳分子减少，这也就保证了熟料煅烧阶段二氧化碳的释放。但镁硅酸盐原料也含有少量的碳分子，并不能完全杜绝二氧化碳的排放。斯图尔特也承认了这一点，“要在熟料的制作中就完全杜绝二氧化碳的排放是不可能的，我们只能是相应地降低，通过降低煅烧温度，新的一吨水泥只排放0.5吨二氧化碳，而过去这一数值为0.8。”

　　对于高硅酸盐水泥来说，在原料煅烧过程中提高温度可以在下配料的时候减少熔剂矿物，并且增加硅酸盐矿物的含量和活性，最终达到提高熟料强度的目的。尽管并不清楚Novacem公司是如何在600℃的“低温”环境下煅烧熟料的，但变成碳负性的原因却可以分析得出。

　　水泥用适量水调和后，形成具有胶凝性质的浆体，经过凝结，强度逐渐增长而成为坚硬的石状体。“镁硅酸盐制成的镁水泥浆硬化体在空气中放置后，会较大量地吸收空气中的二氧化碳形成MgCO₃（碳酸镁）、MgCO₃·3H₂O（三水碳酸镁）、4MgCO₃·Mg（OH）₂·4H₂O（碱式碳酸镁）等水化物，这使得生产总体上是‘碳负性’的。” 崔素萍教授说，在硬化中更多地吸碳，才是这个技术最核心的部分。

　　水泥的碳排账本

　　对水泥减排的努力，Novacem公司并不是第一家。

　　早在2002年，澳大利亚生态技术公司就研发了一种采用废料、粉煤灰、普通水泥和氧化镁做成的“生态”水泥，利用有机废料纤维来吸收二氧化碳。而科学家也尝试用稻壳来生产水泥，因为稻壳富含二氧化硅（SiO₂），而该成分是混凝土的重要成分，美国得克萨斯州Chk集团开发了一项技术，将稻壳放入熔炉利用800℃高温燃烧，最后剩下高纯度的二氧化硅颗粒，这一过程保证了碳中和。

　　现在Novacem的技术等于更进一步。据披露， 生态区域发展环保组织（BioRegional）建设顾问、兼英国土木工程师学会环境和可持续发展小组成员乔纳森·艾塞克斯对新型水泥的发明表示了欢迎，他说：“英国气候法案要求我们减少二氧化碳排放量，这就要每个部门都发挥其作用。建造业在环境影响方面尤其需要承担更大的责任。”

　　而这种迫切，被斯图尔特道破，“英国今年6月已经出台了财政的碳预算，目标是到2020年将英国的温室气体排放量减少34%。这一具有法律效力的总体目标比欧盟承诺的减少20%的目标更高。建筑行业是未来的重点减排对象。”

　　更大的背景是，全球正式进入后《京都议定书》时代了。以中国为例，2005年水泥的二氧化碳排放量达到8.67亿吨，占当年全国二氧化碳总排放量的22%，所以，水泥行业的碳减排被视为我国执行《京都议定书》的具体措施。作为国内最大的水泥生产制造商，安徽海螺水泥股份有限公司在对水泥的技术研发中，除了列明基本的生产工艺外，就还有明显的环境环保、节能降耗指标。

　　“姑且不论最后的减排结果到底如何，在如今减排的大趋势之下，谁的产品最减排，对市场就有号召力，毕竟，一吨负碳排放的水泥无论对厂家还是买家来说，都更有卖点。”国内某名牌水泥销售人员陈宇辉说，现在的生产商都铆足了劲要在节能减排上大展拳脚。

　　5年后有望投入市场

　　陈宇辉弄不清楚英国Novacem公司的产品最后到底怎样，因为一般的镁质水泥制品耐水性和强度都比较差，“镁水泥一般都只在地板材料、包装材料上用，墙体的承重材料还是采用高硅酸盐水泥。”

　　崔素萍也印证了这种说法，“由于水化相的不稳定性，使得镁水泥制品的耐水性和耐久性较差，难以与CaO-SiO₂-H₂O体系形成的硅酸钙水泥相比。”在不知道生产配方的情况下，崔素萍直言自己不看好镁硅酸盐水泥，“此种水泥难以实现大规模生产，目前仅能有一些研究和少量使用。”

　　除了耐水性和耐久性差，崔素萍的另外一个担忧是镁质原料的存储量很少。由于水泥是普遍使用的建筑材料，低廉的价格是不成文的规矩之一，今年海螺水泥的报价就在400元/吨上下，“镁质原料相比石灰岩等稀缺，水泥的生产成本会提高很多，想要大规模生产不太可能。”

　　Novacem公司意识到了这个问题。斯图尔特说，全球的镁硅酸盐资源还算丰富，储量高达10万亿吨，最重要的是，“新水泥的生产工艺是属于化学性质的，这意味着它也可以利用各种含镁成分的工业副产品作为原料。”

　　往水泥中掺入混合料，这一招正是现在大多数水泥制造商的方法。在保证相同水泥性能的条件下，混合料用量增加1%，水泥熟料用量就相应的减少1%，最后可以让水泥生产的碳排放降低1%左右。比如，法国La-farge公司在水泥中掺入石灰石粉，使水泥生产的总排放降低5%，奥地利slagstar公司研制的高矿渣水泥使生产过程中的碳排放比普通硅酸盐水泥低90%。

　　而这种方式，也是现有条件下崔素萍所主张的，“目前发达国家在水泥厂用废橡胶制品、废轮胎、废纸张、废塑料、废油、纺织织物废物、废木料、工业溶液、污泥、污油、屠宰场废弃物经加工处理的肉粉和骨粉以及一部分危险性废弃物作水泥工业的代用燃料。这些代用燃料，来源稳定，数量大，发热量也高，可以替代水泥燃料。”

　　不过，这些技术手段只是降低了水泥的碳排放，而没有实现碳负性。Novacem公司已经引起了一些大型建筑公司和投资机构的注意，他们启动了一项由英国政府技术战略委员会资助的150万英镑的项目，建立一个试验性工厂。不过，就算一切进展顺利，这种“吸碳”水泥最快也要5年后投入市场。