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環保吸碳水泥五年后有望投入市場
2010/1/25

2010-01-25  

將材料中的碳酸鈣或石灰巖換成鎂硅酸鹽,全球水泥工業將獲得3億噸減排量,這約相當于增加64億美元產值。照屆時全球水泥工業產值2500億美元計,這仍是一個明顯的增量。

    2010年,全世界每年將生產超過30億噸水泥。

    提及這個數字,不僅僅是因為每一棟在建的建筑都離不開水泥,更是因為它是未來二氧化碳減排的重點監督對象。

    按照目前國內的平均水平,每生產一噸的水泥熟料,由碳酸鈣分解產生的二氧化碳就有0.5107噸,而這還僅僅是原料鍛燒分解階段的碳排放數字。水泥生產過程中的二氧化碳排放分為直接排放和間接排放兩種,如若加上水泥窯燃料燃燒產生的二氧化碳以及熟料生產電耗等階段產生的,總量大約為0.8噸。水泥業是名副其實的碳排放大戶。崔素萍說。作為北京工業大學材料學院的教授,她多年以來一直從事高性能水泥及建筑材料生產過程節能減排的研究工作。

    與崔素萍所說的傳統水泥制造方法不同,英國的斯圖爾特·伊萬(Stuart Evan)規劃了一副全新的水泥地圖。斯圖爾特是英國Novacem公司的主席。水泥是公司的拳頭產品。不過Novacem的水泥有些不一樣,他們將原料碳酸鈣替換成鎂硅酸鹽,結果每生產一噸水泥,只排放0.5噸的二氧化碳。而且,用這種水泥建筑房屋,它還能吸收二氧化碳。

    為什么是碳負性?

    “Novacem的水泥碳排放只有-0.1,也就是說,核算之后這種水泥不但不排放二氧化碳,還能吸收0.1噸的二氧化碳,碳減排的效益十分可觀。斯圖爾特說。

    從二氧化碳排放大戶到碳先鋒,Novacem公司的改變僅僅是替換原料,用鎂硅酸鹽取代常用的碳酸鈣或石灰巖。斯圖爾特在接受記者采訪時并沒有透露這一技術是如何實現的,但分析了Novacem研制的這種水泥碳負性的原因:我們在煅燒水泥熟料的過程中,把溫度從傳統的1500℃降低到了600℃,而且,新的水泥在硬化的時候也可以更多地吸收空氣中的二氧化碳,總體上降低自己的碳足跡。

    有必要來了解一下平常生活中無處不在的水泥。

    目前使用的主要有通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類,其中產量占95%左右的是通用水泥,一般用來建造土木建筑工程,我們常說的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等都屬于通用水泥。它是以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料,5%以下的石灰石或;郀t礦渣,適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料,國際上統稱為波特蘭水泥(Portland Cement)。

    其實,Novacem公司采用鎂硅酸鹽取代常用碳酸鈣或石灰巖制造水泥的技術不算新鮮。在建筑行業內,這種辦法被稱為鎂質水泥制品”,一般都是采用氧化鎂、氯化鎂、水這三元體系經配置和加改性劑而制成。1867年,法國人索瑞爾用具有一定濃度的氯化鎂水溶液與活性氧化鎂粉末調配后得到了鎂水泥石”,由于這種水泥具有大理石般的光滑表面,被迅速的用于裝飾材料中,至今不少衛浴產品都采用鎂硅酸鹽材料的制品。

    與碳酸鈣或石灰巖相比,鎂硅酸鹽原料中的碳分子減少,這也就保證了熟料煅燒階段二氧化碳的釋放。但鎂硅酸鹽原料也含有少量的碳分子,并不能完全杜絕二氧化碳的排放。斯圖爾特也承認了這一點,要在熟料的制作中就完全杜絕二氧化碳的排放是不可能的,我們只能是相應地降低,通過降低煅燒溫度,新的一噸水泥只排放0.5噸二氧化碳,而過去這一數值為0.8。

    對于高硅酸鹽水泥來說,在原料煅燒過程中提高溫度可以在下配料的時候減少熔劑礦物,并且增加硅酸鹽礦物的含量和活性,最終達到提高熟料強度的目的。盡管并不清楚Novacem公司是如何在600℃低溫環境下煅燒熟料的,但變成碳負性的原因卻可以分析得出。

    水泥用適量水調和后,形成具有膠凝性質的漿體,經過凝結,強度逐漸增長而成為堅硬的石狀體。鎂硅酸鹽制成的鎂水泥漿硬化體在空氣中放置后,會較大量地吸收空氣中的二氧化碳形成MgCO3(碳酸鎂)、MgCO3·3H2O(三水碳酸鎂)、4MgCO3·MgOH2·4H2O(堿式碳酸鎂)等水化物,這使得生產總體上是碳負性的。崔素萍教授說,在硬化中更多地吸碳,才是這個技術最核心的部分。

    水泥的碳排賬本

    對水泥減排的努力,Novacem公司并不是第一家。

    早在2002年,澳大利亞生態技術公司就研發了一種采用廢料、粉煤灰、普通水泥和氧化鎂做成的生態水泥,利用有機廢料纖維來吸收二氧化碳。而科學家也嘗試用稻殼來生產水泥,因為稻殼富含二氧化硅(SiO2),而該成分是混凝土的重要成分,美國得克薩斯州Chk集團開發了一項技術,將稻殼放入熔爐利用800℃高溫燃燒,最后剩下高純度的二氧化硅顆粒,這一過程保證了碳中和。

    現在Novacem的技術等于更進一步。據披露, 生態區域發展環保組織(BioRegional)建設顧問、兼英國土木工程師學會環境和可持續發展小組成員喬納森·艾塞克斯對新型水泥的發明表示了歡迎,他說:英國氣候法案要求我們減少二氧化碳排放量,這就要每個部門都發揮其作用。建造業在環境影響方面尤其需要承擔更大的責任。

    而這種迫切,被斯圖爾特道破,英國今年6月已經出臺了財政的碳預算,目標是到2020年將英國的溫室氣體排放量減少34%。這一具有法律效力的總體目標比歐盟承諾的減少20%的目標更高。建筑行業是未來的重點減排對象。

    更大的背景是,全球正式進入后《京都議定書》時代了。以中國為例,2005年水泥的二氧化碳排放量達到8.67億噸,占當年全國二氧化碳總排放量的22%,所以,水泥行業的碳減排被視為我國執行《京都議定書》的具體措施。作為國內最大的水泥生產制造商,安徽海螺水泥股份有限公司在對水泥的技術研發中,除了列明基本的生產工藝外,就還有明顯的環境環保、節能降耗指標。

    “姑且不論最后的減排結果到底如何,在如今減排的大趨勢之下,誰的產品最減排,對市場就有號召力,畢竟,一噸負碳排放的水泥無論對廠家還是買家來說,都更有賣點。國內某名牌水泥銷售人員陳宇輝說,現在的生產商都鉚足了勁要在節能減排上大展拳腳。

    5年后有望投入市場

    陳宇輝弄不清楚英國Novacem公司的產品最后到底怎樣,因為一般的鎂質水泥制品耐水性和強度都比較差,鎂水泥一般都只在地板材料、包裝材料上用,墻體的承重材料還是采用高硅酸鹽水泥。

    崔素萍也印證了這種說法,由于水化相的不穩定性,使得鎂水泥制品的耐水性和耐久性較差,難以與CaO-SiO2-H2O體系形成的硅酸鈣水泥相比。在不知道生產配方的情況下,崔素萍直言自己不看好鎂硅酸鹽水泥,此種水泥難以實現大規模生產,目前僅能有一些研究和少量使用。

    除了耐水性和耐久性差,崔素萍的另外一個擔憂是鎂質原料的存儲量很少。由于水泥是普遍使用的建筑材料,低廉的價格是不成文的規矩之一,今年海螺水泥的報價就在400/噸上下,鎂質原料相比石灰巖等稀缺,水泥的生產成本會提高很多,想要大規模生產不太可能。

    Novacem公司意識到了這個問題。斯圖爾特說,全球的鎂硅酸鹽資源還算豐富,儲量高達10萬億噸,最重要的是,新水泥的生產工藝是屬于化學性質的,這意味著它也可以利用各種含鎂成分的工業副產品作為原料。

    往水泥中摻入混合料,這一招正是現在大多數水泥制造商的方法。在保證相同水泥性能的條件下,混合料用量增加1%,水泥熟料用量就相應的減少1%,最后可以讓水泥生產的碳排放降低1%左右。比如,法國La-farge公司在水泥中摻入石灰石粉,使水泥生產的總排放降低5%,奧地利slagstar公司研制的高礦渣水泥使生產過程中的碳排放比普通硅酸鹽水泥低90%。

    而這種方式,也是現有條件下崔素萍所主張的,目前發達國家在水泥廠用廢橡膠制品、廢輪胎、廢紙張、廢塑料、廢油、紡織織物廢物、廢木料、工業溶液、污泥、污油、屠宰場廢棄物經加工處理的肉粉和骨粉以及一部分危險性廢棄物作水泥工業的代用燃料。這些代用燃料,來源穩定,數量大,發熱量也高,可以替代水泥燃料。

    不過,這些技術手段只是降低了水泥的碳排放,而沒有實現碳負性。Novacem公司已經引起了一些大型建筑公司和投資機構的注意,他們啟動了一項由英國政府技術戰略委員會資助的150萬英鎊的項目,建立一個試驗性工廠。不過,就算一切進展順利,這種吸碳水泥最快也要5年后投入市場。

                                                                來源:新知客
 
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