“零碳”水泥成为可能？剑桥大学公布创新技术，可将废弃混凝土转化为高质量水泥！

“零碳”水泥成为可能？剑桥大学公布创新技术，可将废弃混凝土转化为高质量水泥！

2024年5月，剑桥大学在《Nature》杂志上公布了一项突破性技术，能够将废弃混凝土重新转化为高质量水泥。这项技术不仅具备大规模应用的可能性，还有望帮助建筑行业实现碳达峰、碳中和的目标。

一直以来，建筑行业都是碳排放的“大户”，据估算，建筑行业通常占工业化国家碳排放总量的5%至10%。其中，传统的硅酸盐水泥制造过程中会排放出大量的CO₂，是建筑业庞大碳排放的主要来源之一。

降低水泥生产和混凝土浇筑过程中的碳排放成为了不少建筑单位实现减排目标的主要方式，而目前的低碳混凝土研究方向主要分为两类：

• 英国：使用低碳替代材料来部分替代水泥
  HS2项目的尤斯顿车站曾使用过被称为地质聚合物混凝土的环保混凝土 (EFC)。这种混凝土使用磨碎的粒状高炉矿渣、粉煤灰和高碱性化学品取代了部分传统硅酸盐水泥，以实现减排目标。然而，这种环保混凝土 (EFC)中仍需要硅酸盐水泥，且生产成本显著上升。

• 日本：无需硅酸盐水泥的新型混凝土
  日本东京大学、清水建设等8家单位组成的科研团队开发过一种被称为“CCC混凝土”（Calcium Carbonate Concrete）的新型建筑材料。这种新型材料无需使用硅酸盐水泥，也无需进行水化反应；可惜的是，它的性能与传统材料仍有差距。

本次剑桥大学团队所公布的技术与两种传统思路完全不同：剑桥团队的思路是从废弃混凝土中回收水泥，然后将其重新转化为熟料。这项技术无需专门的工厂或设施，整个转化过程可以在用于回收钢材的废金属熔炼炉中完成，其成本和规模都可以得到保证。

技术原理

原则上，水化的水泥（HCP）是可以进行再熟化的，然而，过往的大规模水泥再熟化实验都没有能取得令人满意的成果。但在实验过程中，研究人员发现，液态金属浴会促进再熟化的化学反应过程。有鉴于此，剑桥大学团队提出了利用废金属熔炼炉再熟化水泥的思路。

该项技术的关键之处在于：再熟化的过程并不会影响废金属熔炼炉的正常运作，水泥和一些添加剂会被当作助熔剂被加入到熔炼炉中，在金属熔炼过程中，水泥将重新熟化。

Tips：助熔剂
废金属熔炼炉需要助熔剂来净化钢水，助熔剂会捕捉废金属中的杂质，然后冒泡到表面，形成一层保护层，防止新的纯钢暴露在空气中。工艺结束时，传统的助熔剂会作为废料丢弃。而水泥助熔剂经过快速冷却并研磨后，会变成新的熟料。通过这种回收工艺制成的水泥比传统水泥含有更高含量的氧化铁，但研究人员表示其对混凝土整体性能影响不大。

强度测试

整个转化过程可以被视为旧水泥和旧金属的相互净化。整道工序完成时，两者都会重新变为可用的新材料。

未来发展

由于水泥是作为助熔剂加入废金属熔炼炉中的，所以在掌握平衡的情况下，水泥转化过程不会让金属回收产生任何额外成本，甚至因为减少了传统助熔剂的使用，还可以帮助金属回收行业降低碳排放和相关成本。

5月底，剑桥大学团队将会与钢铁制造公司Celsa，建筑公司Balfour Beatty、Tarmac联合进行第一次工业规模实验。

剑桥的研究人员非常看好该技术的规模化发展。他们预计到2050年，该工艺的产量可达到每年10亿吨，约占目前水泥年产量的四分之一，同时由可再生能源或核能驱动的电炉可以让整个工艺实现真正意义上的“零排放”。