【碳知能源实验室十八】水泥和混凝土行业的环境影响和脱碳 ...

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文献名称： Environmental impacts and decarbonization strategies in the cement and concrete industries[J]. Nature Reviews Earth & Environment, 2020, 1(11): 559-573.（1区）
【Habert G, Miller S A, John V M, et al.】
1.主题：水泥和混凝土行业的环境影响和脱碳策略
2.适合阅读对象：对水泥产业碳减排感兴趣的研究者


3.周报告内容：
① 混凝土是由水泥、沙子、砾石和水组成的合成岩石，是城市化世界的基本建筑材料，也是迄今为止建筑业中使用最广泛的人造材料。水泥是一种将沙子和砾石粘结在混凝土中的矿物胶，约占混凝土质量的10%，目前的产量约为每年40亿吨（Gt），与全球粮食产量相当。
② 混凝土占建筑施工产生的二氧化碳排放量的50%，窗户、隔热材料、瓷砖和油漆的额外贡献。除了CO2和其他温室气体（GHG）排放外，灰尘、颗粒物和汞也与水泥和混凝土生产有关。
③ 波特兰水泥由四种主要氧化物组成：CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3。混凝土是通过将水泥与沙子、砾石（或碎石）、水和化学外加剂混合而制成的。混合料通常在混凝土厂生产，然后作为预拌混凝土由混凝土卡车运输至施工现场。



图1 水泥价值链

（从原材料开采到建筑拆除，众多利益相关者参与其中，但很少整合。选择燃料和原材料的替代解决方案可以减少熟料生产对环境的影响。补充胶凝材料（SCMs）的使用减少了水泥的环境影响。建筑和拆除废物的回收可以在熟料、水泥、混凝土或建筑的价值链的不同阶段进行。）
④ 水泥生产中温室气体排放的主要来源是煅烧阶段的熟料生产，尽管研磨、原材料分类和水泥袋包装对排放也有较小的贡献。煅烧产生的排放物是由于燃料燃烧和石灰石在煅烧过程中分解成CaO和CO2 。
⑤ 在水泥窑中使用废物作为燃料的另一个优点是，通常在废物焚烧时产生和释放的二噁英等有毒残留物完全融入熟料中，因此不会释放到大气中。
⑥ 大规模减少温室气体排放的最有希望的途径是用替代材料替代水泥成分，例如，用补充水泥材料（SCMs）替代大量熟料。最广泛使用的SCMs是细石灰石，占SCMs使用量的三分之一。细石灰石没有在高温下加热以生产熟料，而是直接用作SCMs，无需加热，因此不会发生脱碳，从而减少温室气体排放。然而，由于其有限的反应性，在约10-15%的替代水平上，它只是作为填料，而不是胶结材料。
⑦ 中期解决方案：提高熟料生产效率、提高水泥生产效率、优化混凝土效率、提高施工效率、加大设计效率。
⑧ 长期解决方案：替代水泥的使用、水泥和混凝土碳化、增加生命末期的CO2吸收、增加在使用阶段的CO2吸收、碳捕集和储存。
⑨ 碳化包括水泥的含钙相，如硅酸钙水合物、铝酸钙水合物和硅酸盐（Ca(OH)2），与CO2反应生成碳酸钙和其他非碳酸相。反应开始于暴露的表面，并通过CO2缓慢扩散到材料中而进行。
（文献链接：https://www.nature.com/articles/s43017-020-0093-3?utm_source=xmol&utm_medium=affiliate&utm_content=meta&utm_campaign=DDCN_1_GL01_metadata）
4.准备者：吴胜坤
（个人链接：https://www.linkedin.cn/in/%E8%83%9C%E5%9D%A4-%E5%90%B4-80a172253）
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