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碳排放在水泥中凝固?

视角

碳排放在水泥中凝固?

2022年1月19日

水泥行业的定义是“难以减弱”,“但减少我们最常用建筑材料的碳排放的挑战是打破传统模式.

推动人类活动去碳化的一个令人兴奋的必然结果是,它正在迫使作为现代社会基础的工业——比如水泥, 钢, 矿业, 还有化学品,让我们重新审视它们的运作. 混凝土, 例如, 聚集物和高碳排放的水泥的混合物, 支持, 提升, 隧道, 还有人类之桥, 必须保持其可靠, 坚实的品质, 但该行业正在研究如何为低碳世界重新设计其组成部分和流程.

一个水泥厂

伊恩·赖利,世界水泥协会首席执行官他说,大约20年前,该行业认识到自己的排放——在那个阶段,CO2, 灰尘, 和氮氧化物(NOx)的重量几乎相同——这对其社会许可和可持续发展构成了威胁. 实现了多, 尤其是在中国, 中国是世界上最大的水泥生产国,占全球产量的55%, 减少灰尘和氮氧化物的因素. 近几十年来,石灰石开采和燃煤窑工艺的能源效率也提高了30%, 从而降低碳排放. 燃料转换为生物质或垃圾衍生的燃料——燃烧捆好的垃圾来发电——这一策略在欧洲特别流行, 取得进一步股份有限公司2 减少. 将水泥中“熟料”的浓度从84%降低到70%左右的全球平均水平也有显著效果.

但水泥行业仍然是二氧化碳的重要排放源2美国的温室气体排放量约占全球的8% article 在《 自然 熟料是水泥“难以软化”标签背后的固结剂.

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Ian Riley,世界水泥协会首席执行官

 
为什么水泥如此难以软化?

石灰石的煅烧产生了水泥工业三分之二的碳排放. 熟料是由石灰石加热到1,450摄氏度,”莱利解释说, 导致石灰石分解成氧化钙和一氧化碳2. 所以,这个过程会消耗大量的能量,但更糟糕的是,它会释放大量的CO2.”

尽管水泥只占大多数混凝土体积的12%(它是一种粘结普通细、粗岩石集合体的物质), 它几乎要对混凝土的碳足迹负全部责任, 这就是为什么当谈到混凝土作为一种建筑材料的碳排放时,“水泥”和“混凝土”这两个术语经常被交替使用的原因.

减缓的另一个障碍是各种减缓技术相对于混凝土价格的成本, 哪种产品的利润率最好是5-10%.

作为一家能源技术公司, 美高梅致力于将其多年来积累的技术知识和专业知识应用于水泥和钢铁等行业,帮助油气行业实现脱碳. Nikhil Khurana,该公司脱碳项目负责人, 承认水泥的成本限制, 说, “如果你认为生产一吨熟料产生0.8吨一氧化碳2在美国,目前生产绿色水泥的成本约为每吨100美元. So, 水泥价格将不得不每吨上涨约80- 100美元,或目前价格的两倍.” 

Nikhil Khurana_美高梅
Nikhil Khurana,美高梅脱碳项目负责人

 

水泥和混凝土组成的全球标准在适应新的水泥产品方面必须谨慎. 传递力量的标准, 弹性, 建筑材料的可靠性对于生活在混凝土结构中或在混凝土结构背风处的人们的安全至关重要——想想多层建筑吧, 大坝, 高速公路. 新技术使用强化添加剂代替水泥中的一些熟料或地聚合物粘合剂来完全取代水泥,但这些新技术经常遇到艰难的法规阻碍它们的采用.

在墙的另一边, 企业和国家的净零碳承诺, 以及新兴的碳价格机制, 是否正在逐步创造对低碳新产品的需求——在这样的环境中,新技术可以扩大规模并被验证在建筑中使用. 创意和新的可能性正在向摩天大楼逼近, 用新混合物衬砌油井的尺寸, 甚至还为水泥行业开辟了全新的收入来源.

 

让受碳困扰的水泥混合物有了新的发展

莱利在知情的情况下,将赌注押在了使水泥和混凝土脱碳的三种技术上:i)在水泥和混凝土中增加辅助水泥胶凝产品的使用, ii) CO合成聚集体2 和负的一氧化碳2 和iii)混凝土直接碳化,吸收CO2 并提高强度. 他说,在有高岭土的地区,水泥生产商正在用自己的钱投资,而不是由政府资金启动 Swiss-developed LC3, 或石灰石煅烧的粘土水泥, 它将50%的熟料与30%的煅烧粘土(通过加热高岭土如中国粘土或纸污泥废料产生)结合在一起。, 15%石灰石和5%石膏. 

根据美高梅专家的说法, 其他的技术可以帮助脱碳制造过程,包括使用氢产生热量和废热回收系统.

阿哥斯, 拉丁美洲第四大水泥生产商, 将哥伦比亚工厂的一个窑炉改造成加工高岭土的工厂. Riley还提到了一家葡萄牙公司Cimpor,该公司已经建造了一座新建的LC3 象牙海岸的植物. “我认为,我们将看到大多数大型公司和地区公司都在认真考虑煅烧粘土的潜力, 而是为了让经济运作起来, 他们必须把储备放在正确的地方. 否则,它将变得非常不可行。”Riley说. 在信用证3美国的优势在于,这项技术是经过验证的, 标准已经开始改变,以适应新的混合模式, 根据地理位置的不同, 相对便宜的材料, 莱利说:“在某些情况下,经济上看起来很有吸引力, 在其他情况下,它们看起来还可以接受.”

气候变化的结果是LC3 与OPC(普通硅酸盐水泥)相比,可减少40%的碳排放, 哪种材料使用95%熟料和5%石膏, 并且显著减少已经改性的水泥混合,将熟料成分减少到70%.

Riley说,大量其他混合器正处于测试和验证的早期阶段, 但是,一些最有趣的concrete-strengthening添加剂的类别——他提到了石墨烯和混合纳米管——只需要被应用在少量增强效应,减少了需要高浓度的carbon-releasing在水泥熟料, 或者混凝土中水泥的量.

水泥厂,排放大量的二氧化碳

碳捕获、利用和储存

碳捕获, 利用, 和储存(CCUS)解决方案无疑将在难以消除的行业的脱碳中发挥关键作用. 一些排放物将被储存起来, 例如, 在地下地质构造中, 其他的将转化为各种增值产品,如化学积木. 库拉纳说, “CCUS技术解决方案方面的伙伴关系和合作对于成功实现碳中性至关重要. 例如,为捕获的碳构建越来越多的用例将是重要的.”

 

CCUS技术解决方案方面的伙伴关系和合作对于成功实现碳中和至关重要.

Nikhil Khurana,美高梅

 

水泥工业对捕获的CO有潜在的用途2,混凝土吸收二氧化碳2 它可以吸收比平时更多的一氧化碳2 如果是在配料和混合过程中注入气体,或者是在固化过程中, 说, 一个充满气体的房间. T政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告称,采纳 CO2 水泥基础设施(也称为碳化)可以抵消目前水泥生产中约一半的碳酸盐排放.

在混凝土工业中,碳捕集的一个更有前途的用途是 合成聚集体的生产,被诸如此类的供应商称为“永久碳捕获” 蓝色星球. “这些是由一氧化碳组成的聚集体2 和氧化钙,它们有非常大的负碳足迹,”莱利解释道. 他继续说, “即使使用传统的水泥, 你会得到每立方米负500公斤的碳足迹,而不是混凝土的200公斤碳足迹.莱利对这一潜在的“自动隔离”产业持乐观态度,但认为它仍处于开发的早期阶段, 在其他有前途的技术中.

 

合作:巩固新的关系

莱利说,水泥行业近年来在可持续发展方面经历了转变, 在那, “我们一直认为水泥是问题所在, 因此,水泥必须提供解决方案, 但这不是唯一的方法.“今天, 他说, 该行业看到了沿着建筑供应链和跨越不同行业进行合作和协作的可能性.

 

近年来,水泥行业在其可持续发展的方法上经历了转变.

Ian Riley,世界水泥协会

 

全球能源转型委员会, 一个由能源领域领导人组成的联盟,其目标是加速向净零排放的未来过渡, 他还相信通过跨行业合作可以实现协同效应. 与世界经济论坛一起, 它设立了任务可能平台,以应对难以消除的部门的挑战. 目前正在为七个行业组建工作组, 包括钢铁, 塑料和化学物质, 和水泥. 由于能源转型是美高梅战略的核心,该公司决定采取行动并参与其中. 2021年7月, 当时,“气候具体行动”组织成立,成为“可能使命伙伴关系”, 美高梅参与制定了脱碳路线图.

Mette Munkholm, 他曾与石油巨头合作,在实现其业务目标的同时减少碳排放,推动其业务的数字化转型, 美高梅的代表是谁. 她说, “我们渴望参与创造低碳水泥发挥作用的环境.”

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Mette Munkholm, WEF代表团可能代表,美高梅

 

这在一定程度上有助于不同司法管辖区制定支持和鼓励行业脱碳的政策. 芒克霍姆指出,欧盟已经建立了世界上最大的一个资助项目,用于示范水泥行业可以使用的创新低碳技术.

 

我们渴望参与创造低碳水泥发挥作用的环境.

梅特·蒙克霍姆,美高梅

 

HeidelbergCement, 例如, 是否承诺最迟在2050年提供碳中性混凝土产品. It’s supported in its ambitions by European projects such as carbon capture and storage (CCS) at its Norcem subsidiary in Norway; first envisaged in 2011 and partly funded by the Norwegian government, CCS工厂将于2024年投入运营,并将捕获大约400个碳,000吨每年, 或者说一半的碳是由水泥生产过程产生的, 并将其运输到北海地下仓库. 海德堡水泥也是欧盟资助的低排放强度石灰和水泥项目的战略合作伙伴之一, 现在正处于被称为LEILAC2的放大阶段, 哪一种是另一种试点方法, 直接分离技术, 捕捉有限公司2 在德国汉诺威的水泥厂.

在捕获一氧化碳的市场需求方面2, 海德堡水泥也与荷兰创新者OmegaGreen合作, 研究CO大规模吸收的潜力2 在摩洛哥的Safi水泥厂培育藻类. 其目的是将高营养的藻类添加到牲畜饲料中. [1]

另一种方法, 在这种情况下,对经过试验和测试的低碳水泥的需求, 对于石油和天然气等行业来说,是否需要在其运营中演示产品的用例.  美高梅看到了这种需求信号的可能性,”Munkholm说, 在帮助油气合作伙伴降低碳足迹的同时,又能在现实世界中展示低碳水泥的可行性.

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政策砂浆将有助于连接供应链

减少水泥排放的成本是多少, 因此, 从具体的产品将由消费者承担很可能取决于每个国家采取的政策设置. 莱利说:“在今天的瑞典, 你可以得到低碳混凝土的溢价, 但在其他地方却很难找到这样的例子.”

他说,直到最近,开发商和建筑行业都离低碳产品的需求只有一步之遥, 很多科技公司都为自己设定了净零目标, 因此,当他们建立新的办公室或数据中心时,他们也希望它们是净零.“原则上, 他说, 他们愿意花高价购买低碳混凝土, 但在实践中, 有净零承诺的公司不办理采购.

“如果你能把这些点连起来, 你可以达到他们愿意多付一点的程度, 在整个项目的背景下, 保险费不是很大——几乎没有什么区别,”莱利说.

英国政府最近的预算规定,国家基础设施项目必须考虑到英国2050年的净零目标. 作为一个结果, 莱利说, “我们确实看到,在英国从事基础设施项目的承包商开始考虑如何实现这一目标.就这样, 鼓励碳价值链与低碳商品经济价值链融合.

政策对于为难以削减的行业的低碳产品创造需求信号至关重要. 制定有关水泥的正确政策,将允许市场为低碳混凝土设定溢价, 这反过来又能让工业界加快解决方案,比如为应对熟料需求减少而重新利用窑炉, 或混合捕获的CO2 用绿色的氢来制造新的燃料,比如绿色的甲烷. 废热系统也可以用来回收未使用的热源.

芒克霍姆说,到目前为止,她与参加“水泥促进气候行动”组织的水泥公司的讨论表明,该行业有意开发那些能够显著减少排放的技术. “就像美高梅, 他们需要确保有真正的影响, 数学是有用的,这对地球来说一定是一个真实的结果.”

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