打造零碳水泥，人工智能來(lái)幫忙

水泥生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)排放大量二氧化碳，然而全球多數(shù)主要城市對(duì)于住房及公共建筑的需求仍不斷增長(zhǎng)，該趨勢(shì)與國(guó)際間減少溫室氣體排放的共識(shí)相悖，如何在水泥產(chǎn)業(yè)中減少二氧化碳的排放已成為各界關(guān)注的重點(diǎn)。

根據(jù)美國(guó)管理咨詢公司麥肯錫（McKinsey）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球約有7％的人為碳排來(lái)自水泥業(yè)，這也使得水泥成為重工業(yè)中碳排量最高的產(chǎn)業(yè)之一。全球水泥與混凝土協(xié)會(huì)（GCCA）水泥創(chuàng)新暨環(huán)境、社會(huì)與公司治理（ESG）部門(mén)負(fù)責(zé)人洛雷亞（Claude Loréa）表示，就算時(shí)至2050年，全球仍將有3/4的公共建設(shè)等待施建，預(yù)計(jì)水泥的用量將持續(xù)增長(zhǎng)。

《華爾街日?qǐng)?bào)》解釋，目前各國(guó)廣泛使用的水泥為波特蘭水泥（Portland Cement），該水泥在制程時(shí)會(huì)先以粘土、石灰石等原料研磨成生料，接著再以約1500°C的高溫將生料放入水泥窯爐中制成熟料，水泥生產(chǎn)商最后會(huì)將熟料進(jìn)行研磨，透過(guò)加入硅砂、爐石及水等物質(zhì)混合成常見(jiàn)的波特蘭水泥。

該報(bào)進(jìn)一步指出，目前水泥業(yè)所產(chǎn)生的二氧化碳有90％是在熟料燒成階段釋放，其中石灰石加熱所釋出的二氧化碳約占2/3，剩下1/3則由煤礦燃燒時(shí)產(chǎn)生。

考慮到水泥制程時(shí)所產(chǎn)生可觀的二氧化碳，部分水泥及建材業(yè)界現(xiàn)階段已開(kāi)始尋求渠道改變?！度A爾街日?qǐng)?bào)》等外媒對(duì)此介紹“提高能源效率”、“使用清潔能源”、“替代性原料”幾種業(yè)界嘗試的水泥減碳方式，盼能有效降低碳排并實(shí)現(xiàn)2050凈零排放目標(biāo)。

01 提高效率：運(yùn)用人工智能減少水泥碳排

英國(guó)人工智能（下稱AI）材料科學(xué)新創(chuàng)公司Carbon Re使用AI及機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的算法分析來(lái)加快水泥等建材脫碳的效率，以此優(yōu)化水泥工業(yè)制程及燃料的使用。

Carbon Re共同創(chuàng)辦人奧沙利文（Adian O'Sullivan）表示，水泥行業(yè)面臨的主要問(wèn)題即是燃料的浪費(fèi)，尤其多數(shù)的水泥生產(chǎn)廠都會(huì)使用過(guò)量或質(zhì)量參差不齊的煤炭來(lái)生產(chǎn)熟料，過(guò)程中便會(huì)導(dǎo)致大量二氧化碳的排放。

根據(jù)Carbon Re官網(wǎng)解釋，該新創(chuàng)公司主要采用AI數(shù)字對(duì)映（Digital twin）模式來(lái)分析水泥窯爐及相關(guān)設(shè)備的控制系統(tǒng)，以這種數(shù)字化模擬的過(guò)程來(lái)給定水泥生產(chǎn)系統(tǒng)「最少燃料消耗、最大產(chǎn)出量」的最佳參數(shù)。

“AI在水泥產(chǎn)業(yè)的運(yùn)用進(jìn)展較為緩慢，然而Carbon Re所采用的AI機(jī)器深度學(xué)習(xí)（DL）能有效提高水泥工廠的運(yùn)作效率，并為工廠操作員提供更明確的制程操作建議，最重要的是在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中能源的消耗及二氧化碳排放都將顯著減少。”奧沙利文在該公司官網(wǎng)這般寫(xiě)道。

奧沙利文另舉例，只要每家水泥工廠能降低2％的燃料消耗，積沙成塔下全球便有機(jī)會(huì)減少數(shù)百萬(wàn)噸的碳排放，倘若該AI模式能進(jìn)一步運(yùn)用到占總體碳排放量約20%的重工業(yè)，則對(duì)于全球能源消耗及碳排的減少更會(huì)是一大益處。

02 新燃料：太陽(yáng)能也能生產(chǎn)水泥熟料

德國(guó)《太陽(yáng)能雜志》（PV Magazine）指出，總部位于瑞士的太陽(yáng)能新創(chuàng)公司Synhelion已與墨西哥建材供貨商Cemex合作，自2022年開(kāi)始共同在西班牙馬德里一帶建造高聚光的太陽(yáng)能接收器，欲藉此生產(chǎn)不含化石燃料的水泥熟料。

圖說(shuō)：synhelion公司利用光電生產(chǎn)水泥熟料。圖為鏡面將太陽(yáng)輻射集中到synhelion的太陽(yáng)能塔接收器。

Synhelion執(zhí)行官安布羅塞蒂（Gianluca Ambrosetti）解釋，太陽(yáng)能接收器可提供足夠的熱能來(lái)產(chǎn)生混凝土熟料，其運(yùn)作原理是在相關(guān)設(shè)備上安裝鏡面來(lái)反射日光，當(dāng)光線集中至Synhelion的太陽(yáng)能接收器頂部后便能使水泥窯爐增溫到約1482°C，從而在不使用化石燃料加熱的狀況下生成熟料。

該公司亦進(jìn)一步說(shuō)明，傳統(tǒng)熟料通常于1500°C的水泥回轉(zhuǎn)窯爐生產(chǎn)，在制程中不僅極為耗能且會(huì)排放大量二氧化碳，然而Synhelion與Cemex共同研發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)能在高度熟料煅燒的過(guò)程中將殘存的二氧化碳有效分離及捕集，且中間不須實(shí)行其他步驟額外處理碳排。

《太陽(yáng)能雜志》透露，Synhelion與Cemex近期亦獲得美國(guó)能源部320萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)支持，盼研究出更高效的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)并加速其量產(chǎn)進(jìn)程，2家公司的目標(biāo)是在2030年之前實(shí)現(xiàn)以太陽(yáng)能制成水泥熟料的商業(yè)量產(chǎn)。

03 新材料：以“天然物質(zhì)”發(fā)展全球首創(chuàng)負(fù)碳排技術(shù)

據(jù)美國(guó)新聞網(wǎng)站《石英財(cái)經(jīng)網(wǎng)》（Quartz）報(bào)導(dǎo)，巴哈馬新創(chuàng)公司Partanna跳脫傳統(tǒng)使用波特蘭水泥作為膠凝黏合劑的建材模式，轉(zhuǎn)而研制出一種負(fù)碳排（Carbon Negative）的建筑材料，此種黏合劑能使建物在整個(gè)生命周期中持續(xù)吸碳，類似林木所擁有的固碳能力。

《石英財(cái)經(jīng)網(wǎng)》表示，Partanna研發(fā)的此項(xiàng)技術(shù)為全球首創(chuàng)，該黏合劑是利用海水淡化廠產(chǎn)生的鹵水（Brine）及鋼鐵煉制過(guò)程中所出現(xiàn)的礦渣組合而成的新型水泥。

Partanna共同創(chuàng)辦人兼首席執(zhí)行官?？怂梗≧ick Fox）表示，當(dāng)二氧化碳接觸到由鹵水和礦渣所制成的天然混合物時(shí)，可加工形成一種與傳統(tǒng)水泥同等用途的黏合劑?！拔覀?cè)谡Ｊ覝叵鹿袒@種混合物，因此就算在生產(chǎn)水泥的過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生多余熱量?！备？怂谷绱苏f(shuō)道。

此外，傳統(tǒng)混凝土長(zhǎng)期接觸海水后黏著強(qiáng)度將逐漸減弱，但由于Partanna黏合劑是以鹵水作為原料，該材料在受海水影響后的黏著強(qiáng)度反而比傳統(tǒng)水泥高出25％，預(yù)計(jì)該建筑材料有助于低洼沿海地區(qū)抵御氣候變遷沖擊。

出生于巴哈馬的福克斯對(duì)此稱：“2019年來(lái)襲的颶風(fēng)多利安（Hurricane Dorian）對(duì)我的家鄉(xiāng)巴哈馬帶來(lái)嚴(yán)重的傷害，因此我相信最容易受到氣候變遷影響的地區(qū)，更需要這種堅(jiān)固的建筑材料來(lái)保障巴哈馬人民的安全?！?/p>

Partanna官方網(wǎng)站另強(qiáng)調(diào)，一棟以鹵水黏著劑建造、面積為1250平方英尺的房屋預(yù)計(jì)可除去大氣中182.6噸的二氧化碳，相當(dāng)于5200棵成熟樹(shù)木每年的吸碳量。Partanna也與巴哈馬政府合作，目前該國(guó)有約1000棟房屋皆以此種鹵水黏著劑建成，同時(shí)Partanna也與美國(guó)拉斯韋加斯（Las Vegas）的飯店業(yè)者討論在未來(lái)建案中使用該新型水泥的可能性。