碳固化

管理碳足迹

除了水以外，全世界应用最广泛的材料就是混凝土。2019年全球混凝土产量约为40亿吨，预计在未来几年，这一数字还会继续增长。然而，作为混凝土主要成分的水泥，其生产过程每年排放的二氧化碳已占到全球二氧化碳排放总量的7%左右。

整个混凝土行业都明确希望减少二氧化碳排放，我们一度重点关注水泥的使用过程，而不是生产环节。现在，我们正在革新混凝土的生产方式，将二氧化碳引入了固化过程。

基本的建筑砌块

最简单的混凝土生产方法是将水泥、沙子、水和集料搅拌在一起。水泥与水混合时会进行水合反应，整个混合物便会开始凝固和硬化。

这个过程会受到许多因素的影响，如外部温度、混合物的水泥含量等。这里的关键是，混凝土在水分适量和温度合适的情况下，经过一段时间（通常为28天）便会达到其最高强度等级。混凝土如果干燥得太快，其强度便会明显降低——这时就该由养护发挥作用了。

养护至关重要

养护过程不仅能提高混凝土强度，还能使其变得更耐用、提高抗渗性能，以及更耐开裂、冻融劣化。

养护的方法多种多样，可以使用蒸汽或在表面喷雾，或覆以保湿织物或塑料布，防止水分流失。我们从中发现了创新机会——利用废弃二氧化碳来养护混凝土。

实现双赢

移动碳捕获和工厂中应用的碳捕获等技术，已被证明能够成功阻止二氧化碳进入大气。但有待解决的一个问题是，所有已捕获的废弃二氧化碳该如何处理？

可选方案包括将其深埋于地下，或者就像我们本例所提到的：开发一种回收方法。

对废弃二氧化碳进行再利用是“4R”方案之一（其余三个方案分别是减少、去除和再循环），有助于发展碳循环经济。我们认为，对废弃二氧化碳进行再利用有助于减少全球排放，确保经济持续增长。我们的碳养护创新就是一个很好例子。

将理论付诸实践

我们的研究项目于2014年启动，与韩国科学技术院（KAIST）合作研究混凝土的生产流程，探索应在什么时候、哪个环节注入所捕获的二氧化碳。

我们的想法是在混凝土生产过程中创造“碳汇”，同时不伤害或影响最终产品的强度。为实现这一目标，我们测试了不同的养护技术组合和二氧化碳浓度，直至混凝土的二氧化碳吸收量达到了惊人的20%。

这项技术的关键是二氧化碳与蒸汽的结合。随着最初想法得到验证，我们的下一个目标是将其引入工业应用。

预制是未来的发展方向

预拌和预制是两种最常见的混凝土铺设方法，采用任意一种方法，混凝土都含有相同的成分，但这两种方法涉及的混凝土却有着截然不同的生产方式。

预拌料是在工厂中生产，利用水泥搅拌车转运到建筑工地后再浇注到位。这一过程可能会导致粉尘、噪声和运输中二氧化碳排放量增加，从而对周围环境产生显著影响。

有鉴于此，我们决定专注于预制混凝土，借助可重复使用的模具在受控环境中制备、浇铸和养护混凝土——所有工序都在施工现场以外的同一个地点完成。随后，这些预制件会被运送到工地进行铺设。

使用模具不仅能降低错误的发生几率，而且还能更快速、更高效地批量生产相同组件——如墙板、楼梯板、管件和通道等；随后，它们会被运送到施工现场，与钢结构和现浇混凝土件搭建在一起。

除了能控制养护环境以外，预制混凝土还具有许多其他优势，如降低劳动力成本及运输成本等。此外，预制混凝土行业正在蓬勃发展，2019年产值已达1160亿美元左右。

更坚固的混凝土、更快的生产速度

在实验室实验取得成功后，我们便将这项技术投入当地的预制混凝土工厂进行实际应用。

碳养护混凝土必须通过一项关键测试——机械强度测试，如果一批混凝土达不到35兆帕的行业标准，该批混凝土就会被全部弃用。

我们发现，我们的技术不仅超过了这一基准，而且制造时间也只有以前工艺的四分之一——生产周期从28天缩短为3天。

更重要的是，我们的混凝土比传统混凝土更加耐用，透水性更低、耐氯性以及抗硫酸盐侵蚀性更强，这些对于近海结构或高湿度环境下的施工都具有重要意义。

 建设美好未来

我们的这项技术已在实验室环境下实现了20%的二氧化碳吸收量，一旦投入商业化应用，其潜力不可估量。

事实上，如果全球预制混凝土行业采用我们创新的碳养护工艺，每年回收的二氧化碳将高达2.46亿吨——相当于减少了5300万辆汽车的排放量。

我们的下一个目标是进一步提高混凝土对二氧化碳的吸收量，并缩短养护所需要的时间。此外，我们还在重新考虑废弃二氧化碳的来源问题。

试想一下，我们能否也将水泥生产过程中产生的二氧化碳加以利用？如果能够做到这一点，我们就能减少整个行业对环境的影响，帮助该行业向低碳未来过渡。

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