会吸二氧化碳的绿色水泥

李月星

中国目前正处于城镇化高速发展的阶段，城镇化建设过程中将大规模地使用水泥，使用水泥不仅会产生大量粉尘，而且对建筑工人的健康有一定影响。此外，水泥的生产环节也会产生大量环境问题。据了解，通常情况下每生产一吨普通水泥需要排放近一吨左右的二氧化碳。令人欣慰的是，英国环境工程师尼古拉斯·瓦拉索普鲁斯发明了一种绿色水泥，它不仅不排放二氧化碳，甚至还会吸收空气中的碳，成为一种“碳负性水泥”。

“碳负性水泥”可以将生产水泥的原料碳酸钙替换成氧化镁，这样每生产1吨水泥，不仅能中和生产过程中所排放的二氧化碳，还能从空气中吸收0.1吨二氧化碳，整个过程呈现“碳负性”。这种技术有可能会给目前高排碳的水泥行业带来一次大变革。

问题：水泥生产碳排放高

在2000多年前，罗马人就开始将石灰、火山灰与石块混合，制成混凝土，用于建造海港、纪念碑和房子。今天仍然可见到的罗马万神殿和圆形大剧场就是用这种材料建成的。

19世纪20年代，在英国利兹市，一个名叫约瑟夫·阿斯普丁的泥瓦匠发明了现代水泥。阿斯普丁在厨房里将黏土和磨得很细的石灰石粉混合在一起，进行加热。加水后，混合物变硬，就这样，工业革命过程中必不可少的建筑材料产生了。由于这种材料看起来就像英国波特兰岛广泛使用的一种建筑石材，阿斯普丁便把他的发明称为“波特兰水泥”。1824年，该项发明因“改进了生产人造石的模式”而获得专利。

目前，全球大型水泥公司都在寻找更环保的方式生产波特兰水泥。他们加入炉渣，加入粉煤灰、氧化镁，还试着加入矿物添加剂，以降低加工原料所需的温度，技术不断在进步，但污染一直也没有被消除。

2010年全球共计生产36亿吨水泥，预计到2050年会再增加10亿吨。使用水泥的优点毋庸置疑：价格便宜，浇筑后会变得坚如磐石;但有个缺点就是脏，容易产生粉尘，粘在衣服上很难洗掉，这个问题一直困扰着建筑工人。

水泥的主要成分是含有大量碳酸钙的石灰石，制造水泥需要燃烧化石燃料以加热石灰石，加热过程中，石灰石会释放出大量的二氧化碳，二氧化碳进入空气中会加剧全球变暖。据了解，全球每年人为制造的二氧化碳排放量中，水泥生产占5%。

解决办法：把二氧化碳吸收固化

瓦拉索普鲁斯曾在伦敦帝国理工学院攻读工程学硕士，他的导师克里斯托弗·奇斯曼教授说服他加入到检验一家澳大利亚公司制造的新型水泥的项目中。这个澳大利亚公司曾在制造波特兰水泥时加入氧化镁，希望以此取代石灰石，减少二氧化碳排放量，因为石灰石必须加热至2600华氏度（1427摄氏度），但氧化镁加热至1300华氏度（704摄氏度）即可。燃烧生物质燃料或者其他碳排放更少的燃料，就可以达到这样的温度，可以减少化石燃料的消耗。

但瓦拉索普鲁斯很快就发现，这一方式并未能减少总体二氧化碳的排放量，甚至在一些实验中，其碳排放量增加了一倍。因为氧化镁本身就是通过加热碳酸镁而来的，这个过程中也会释放二氧化碳。尽管这让瓦拉索普鲁斯和团队的研究人员陷入失望中，但他们仍然决定找出别的办法来解决这个问题。

当各大水泥公司忙着在添加剂上做文章时，瓦拉索普鲁斯选择另辟蹊径。他认为波特兰水泥已经做到了极致，因此必须想想其他办法才能生产出更好的水泥。此后，瓦拉索普鲁斯决定找到一种不会释放太多二氧化碳与生产氧化鎂的原料。经过反反复复的实验，他锁定了一种叫硅酸镁的物质来生产氧化镁。

这意味着，在某些情况下，水泥不仅是碳中性，甚至是碳负性的。瓦拉索普鲁斯的新方法使得生产1吨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。并且硅酸镁的获取也不难，据估计，全球硅酸镁的储量高达10万亿吨。

绿色水泥的发展

在导师齐斯曼的帮助下，瓦拉索普鲁斯在伦敦帝国学院一个高科技创新企业园区开办了诺瓦希姆公司，研制新型水泥，并与世界几家大型水泥公司合作。诺瓦希姆实验室是一片宽敞的车间，车间内各种机器生产水泥时不仅会发出噪音，还充斥着灰尘。这里生产的水泥呈白色色调，但其实可以在水泥中添加各种颜色，想要什么颜色的水泥都没问题，这家工厂现在每年可以制造大约5吨水泥。目前，公司还在筹建另外一家工厂，预计每年可生产200吨水泥。如果一切顺利，瓦拉索普鲁斯打算将配方推广给全世界的水泥制造商。

环顾厂区四周，到处是用水泥建造的建筑物，历经数百年风雨而不倒。对于诺瓦希姆公司来说，说服人们相信它的碳负性水泥没有隐患问题是一个挑战，要想证明自己的水泥经久耐用，还需要时间。2009年，诺瓦西姆公司凭借“碳负性水泥”技术获得英国一年一度的“灯芯草蜡烛大奖”，这是一项鼓励科技发明的奖项。2010年，碳负性水泥被美国麻省理工学院主办的《技术评论》杂志评为“十大新兴技术之一”。

全球水泥产业每年的产值达1700亿美元，鉴于人类现在极其关注碳排放问题，很多企业看到其中的商机，大量涌入这一领域。在绿色水泥研发方面，诺瓦希姆公司正与许多公司和大学研究中心竞争。

美国加利福尼亚州的卡利拉公司采取了非同寻常的方法：利用发电厂排放的二氧化碳，与海水或盐水混合，制取碳酸盐，再将其加入波特兰水泥，可部分甚至全部取代石灰石。该研究目前已经得到美国硅谷最有钱的绿色科技投资者维诺德·科斯拉提供的5000万美元的投资。

美国路易斯安那理工大学则完全摒弃石灰石，采用一种名为地质聚合物的物质，用粉煤灰、氢氧化钠和氢氧化钾化合而成。这种物质兼具有机物、陶瓷、水泥的特点，是一种性能优异的新型胶凝材料。有了它，水泥生产过程中的灰尘问题也许会最终解决。

拓展：绿色建材与绿色建筑

绿色水泥只是众多绿色建材中的一部分，绿色建材是指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固态废弃物生产的建筑材料，这类材料无毒害、无放射性，有利于环境保护和人体健康。

绿色建筑是绿色建材的最终呈现形态。20世纪六七十年代的环保运动与20世纪70年代的石油危机，促使西方绿色建筑发端。“绿色建筑”是指“在一幢建筑的整个寿命周期中，在选址、设计、建造、运行、维护、修整和拆除的全过程中，都对环境负责，高效使用资源的实践，又称为可持续建筑或高性能建筑”。中国的绿色建筑及绿色建材的发展起步较晚，但发展势头迅猛，绿色建材的认证机制已经初步形成。2007年，依托于中国建筑材料科学研究总院，“绿色建筑材料国家重点实验室”成立。目前，其主要研究成果有为交通隔声降噪的“新型金属系列声屏障”、墙体屋面复合保温材料等。