碳化混凝土有助于減少與水泥生產(chǎn)相關(guān)的排放。
西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個工程師團隊在混凝土制造過程中使用碳酸水溶液，而不是靜止的水溶液，發(fā)現(xiàn)了一種在無處不在的建筑材料中儲存二氧化碳的新方法。
新工藝不僅有助于從不斷變暖的大氣中隔絕二氧化碳，而且還能產(chǎn)生強度和耐久性不受影響的混凝土。
在實驗室實驗中，該工藝實現(xiàn)了高達(dá)45%的二氧化碳封存效率，這意味著在混凝土制造過程中注入的近一半二氧化碳被捕獲和儲存。研究人員希望他們的新工藝可以幫助抵消水泥和混凝土行業(yè)的二氧化碳排放，這些行業(yè)占全球溫室氣體排放量的8%。
這項研究發(fā)表在Nature Portfolio出版的《通訊材料》雜志上。
該研究的負(fù)責(zé)人、西北大學(xué)的亞歷山德羅·羅塔·洛里亞說：“水泥和混凝土工業(yè)對人為造成的二氧化碳排放有很大貢獻(xiàn)。我們正在努力開發(fā)降低與這些行業(yè)相關(guān)的二氧化碳排放的方法，并最終將水泥和混凝土變成巨大的‘碳匯’。我們還沒有做到這一點，但我們現(xiàn)在有了一種新方法，可以重新利用混凝土制造過程中排放的部分二氧化碳。我們的解決方案在技術(shù)上非常簡單，行業(yè)應(yīng)該相對容易實施。”
“更有趣的是，這種加速和加強水泥基材料碳化的方法為設(shè)計新的熟料產(chǎn)品提供了機會，其中二氧化碳成為關(guān)鍵成分，”該研究的合著者、CEMEX全球研發(fā)副總裁Davide Zampini說。
羅塔·洛里亞是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院土木與環(huán)境工程的路易斯·伯杰助理教授。這項研究是羅塔·洛里亞的實驗室和CEMEX的合作，CEMEX是一家致力于可持續(xù)建筑的全球建筑材料公司。
以往工藝的局限性
作為基礎(chǔ)設(shè)施中不容置疑的一部分，混凝土是世界上消耗最多的材料之一，僅次于水。為了制造最簡單的混凝土，工人們將水、細(xì)骨料（如沙子）、粗骨料（如礫石）和水泥結(jié)合在一起，水泥將所有的成分結(jié)合在一起。自20世紀(jì)70年代以來，以前的研究人員已經(jīng)探索了各種將二氧化碳儲存在混凝土中的方法。
羅塔·洛里亞解釋說：“我們的想法是水泥已經(jīng)與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)。這就是混凝土結(jié)構(gòu)自然吸收二氧化碳的原因。但是，當(dāng)然，吸收的二氧化碳只是生產(chǎn)混凝土所需的水泥所排放的二氧化碳的一小部分?！?/span>
儲存二氧化碳的過程分為兩類：硬化混凝土碳化或新鮮混凝土碳化。在硬化方法中，固體混凝土塊被放置在室內(nèi)，在高壓下注入二氧化碳?xì)怏w。在新版本中，工人在生產(chǎn)混凝土?xí)r將二氧化碳?xì)怏w注入水、水泥和骨料的混合物中。
在這兩種方法中，注入的一些二氧化碳與水泥發(fā)生反應(yīng)，形成固體碳酸鈣晶體。然而，這兩種技術(shù)都有其局限性。低CO2捕獲效率和高能耗阻礙了它們的發(fā)展。更糟糕的是：最終的混凝土往往被削弱，阻礙了其適用性。
不妥協(xié)的力量
在西北大學(xué)的新方法中，研究人員利用了新混凝土碳化過程。但是，他們不是在混合所有成分的同時注入二氧化碳，而是首先將二氧化碳?xì)怏w注入與少量水泥粉混合的水中。將這種碳化懸浮液與其余的水泥和骨料混合后，他們得到了一種在制造過程中吸收二氧化碳的混凝土。
羅塔·洛里亞說：“與目前碳酸鹽新混凝土通常采用的水、水泥和骨料混合物相比，我們的方法中碳化水泥懸浮液的粘度要低得多。因此，我們可以非?？焖俚鼗旌纤?，并利用非?？斓幕瘜W(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而產(chǎn)生碳酸鈣礦物。結(jié)果是，與將二氧化碳注入新鮮混凝土混合物時相比，混凝土產(chǎn)品中碳酸鈣礦物的濃度顯著增加?！?/span>
在分析了碳化混凝土后，羅塔·洛里亞和他的同事發(fā)現(xiàn)，它的強度與普通混凝土的耐久性相媲美。
他說：“碳酸化方法的一個典型局限性是強度經(jīng)常受到化學(xué)反應(yīng)的影響。但是，根據(jù)我們的實驗，我們表明強度實際上可能更高。我們?nèi)孕鑼Υ诉M(jìn)行進(jìn)一步測試，但至少可以說它沒有受到損害。因為強度不變，應(yīng)用也不會改變。它可以用于梁、板、柱、基礎(chǔ) —— 我們目前使用的所有混凝土?！?/span>
Zampini說：“這項研究的發(fā)現(xiàn)強調(diào)，盡管水泥基材料的碳化是一種眾所周知的反應(yīng)，但通過更好地了解與材料加工相關(guān)的機制，仍有進(jìn)一步優(yōu)化CO2吸收的空間。”
