水泥混凝土產業(yè)，力求突破

  我們所面臨最為艱巨的氣候挑戰(zhàn)涉及到那些未有合適替代品的全球性產業(yè)，而我們腳下的混凝土就是其中之一。每年，美國人均混凝土使用量為1/3噸，經濟快速增長的發(fā)展中國家用量則更多。全世界每年波特蘭水泥產量超過了40億公噸，這是混凝土的主要原料，也是其二氧化碳產生的主要來源，占全球人類排放二氧化碳總量的5%以上。落基山研究所 (Rocky Mountain Institute, RMI) 對該產業(yè)的研究表明，要想大幅降低產業(yè)碳足跡并實現(xiàn)巴黎協(xié)議目標，我們必須對思考模式和行為方式進行重大變革，打造一個水泥混凝土產業(yè)的特斯拉。傳統(tǒng)的產業(yè)管理辦法并不適用，并且新的水泥價格必須非常便宜。我們發(fā)現(xiàn)了3個可能奏效的重要機遇。

  水泥混凝土產業(yè)為何如此龐大

  尋找一種全新的、廣泛適用的解決方案并不容易，因為我們對混凝土的需求量太大了。這是全球最靈活、便宜和普遍使用的建筑材料，是全球用量僅次于水的材料。波特蘭水泥 (占混凝土重量的20%，其它主要的原料還有沙子、骨料和水) 的總產量在過去的20年間增長了兩倍以上 (年增長率近6%)，其中大部分的增長發(fā)生在中國。而隨著中國經濟放緩，印度、土耳其和印度尼西亞等國家取而代之成為了新的經濟增長點。如果美國當前急需的基礎設施重建計劃開始實施，也將成為另一個消耗大國。全球水泥生產的增幅將在很長一段時間內保持2-4%的水平。

  在發(fā)展中國家，正在興建的新型水泥廠比其它地方的老廠高效得多，遠遠高于美國平均水平 (印度國家水泥行業(yè)的平均二氧化碳排放率比美國低25%)。然而，即便是全球頂尖的公司所進行的科技改進 (過去數(shù)年僅為約0.5%) 也遠遠無法抵消用量上的快速增長，并且也不是所有企業(yè)都在努力減排。

  標準波特蘭水泥的生產必然會通過兩種形式釋放大量二氧化碳：燃燒燃料而產生所需的超高爐溫，以及加熱石灰?guī)r時發(fā)生的煅燒化學反應。在最高效的水泥廠中，60%甚至更多的二氧化碳排放都來自于這種無法規(guī)避的化學反應。雖然，其它天然或廢棄材料，如稻殼、石灰?guī)r、高爐礦渣，和一些種類的粉煤灰可以部分代替波特蘭水泥，但使用波特蘭水泥制作特殊優(yōu)質全球化產品的標準化方法使其獲得了其統(tǒng)治性的地位。這種行業(yè)標準是推廣任何特定替代物所面臨的一大障礙。

  當今產業(yè)現(xiàn)狀

  和其它長期存在的產業(yè)一樣，水泥混凝土產業(yè)也存在一些已廣泛運用的方法，能夠提高效率、降低排放。但問題是，這些方法是自愿性質的，由水泥可持續(xù)發(fā)展倡議組織 (CSI) 進行協(xié)調，且遠不足以放慢該產業(yè)碳排放增長的腳步。水泥可持續(xù)發(fā)展倡議組織對其會員和全球水泥產業(yè)的建議包括：

  工廠和原材料、產品的運輸在熱力上和電力上都應提高效率，效率最差的工廠應關閉。

  工廠可以燃燒有機廢物或生物質來加熱窯爐 (如巴西，這可以降低全球水泥生產相關的二氧化碳排放量)。

  可以使用輔助膠凝材料 (SCMs)，如粉煤灰等替代部分 (有時會是大量的) 波特蘭水泥。

  使用低碳化學品作為替代，如氧化鎂水泥，使用特殊添加劑，或僅僅是更明智地選擇特殊的能夠降低水泥用量的配比，制造具備特殊性質的混凝土。

  所有這些方法都在世界上的一些水泥市場積極地發(fā)揮著作用，但不是所有市場。頂尖水泥企業(yè)已經設定了排放強度目標，并使用了各種方法。然而，這些變化發(fā)生的速度還不夠，且似乎永遠不夠。這其中部分原因是由于建筑行業(yè)首先關注的仍是可靠性和產品質量，因此任何變化過程都是頗具挑戰(zhàn)性，緩慢且成本高昂的。任何新技術的推廣都必須能夠證明其效果。此外，這個產業(yè)的資本相當密集，相對于收入和利潤，大量的資本被用于工廠的建設和設備的購買。因此改造工廠的成本巨大，現(xiàn)金流不足以在快速完成這些轉變的同時滿足投資者或政府業(yè)主對資本成本回報的要求。改變緩慢的另一個原因是大部分新建工廠都在發(fā)展中國家——由于缺乏現(xiàn)場經驗來確保新技術或不同的技術能夠成功，這并不是一個適合嘗試創(chuàng)新技術的地方。最后，產業(yè)動態(tài)有時也會影響新技術的發(fā)展。例如，如果可以從其它國家進口更廉價、更“臟”的水泥而不被禁止或征稅，幾乎沒有企業(yè)會愿意投資更高效、更“綠色”的新型水泥。這種“碳泄漏”問題在歐洲尤其嚴重，因為這里距離北非和中東地區(qū)更近，而那些地方并沒有嚴格的排放法規(guī)，并能夠將產品低價運送到地中海的對岸。

  加速水泥產業(yè)清潔化

  通過水泥可持續(xù)發(fā)展倡議組織，該產業(yè)相信控制排放問題的答案是在經濟可行時運用成熟的科技，而在目前排放持續(xù)較高時，就使用二氧化碳捕捉和封存技術。水泥可持續(xù)發(fā)展倡議組織成員正在資助碳捕捉和封存技術的研究，但當前的技術仍然存在成本和風險過高的問題。此外，其他產業(yè)也在努力，一些新晉研究型企業(yè)如Blue Planet，Skyonic和Solidia等正在研究使混凝土本身來吸收二氧化碳的技術，并在預成型混凝土產品方面取得了一些積極進展。理想情況下，一些碳捕捉技術能夠很快具備良好的經濟效益，并得到快速推廣。但與此同時，我們需要更多好的、經濟可行的技術來大量降低產業(yè)碳排放。我們相信這些技術會產生于以下三個不同方向。

  1. 提高終端使用效率

  要降低混凝土的二氧化碳排放，關鍵問題是水泥。開發(fā)水泥用量更少的混凝土配比，設計鋼鐵和混凝土用量更少的建筑物都能夠提高波特蘭水泥的使用效率。混凝土并不一定要含有大量波特蘭水泥，其具體成分配比需要根據全球各地不同的沙土和骨料特點而定。此外，堅固性測試并不一定可靠，因此建筑商們將使用更多波特蘭水泥作為“保險”的做法。研究混凝土的材料科學家并不多，而他們的工作又常常依靠著水泥企業(yè)的資助，因此他們也許并不會積極研究大幅降低水泥用量的技術。

  然而，大家齊心協(xié)力提高對混凝土的了解，開發(fā)能夠根據混凝土成分準確預測其性能的工具，能夠識別降低水泥用量的方法并將其標準化。研究如何改變建筑和基礎設施的結構設計，從而降低混凝土用量，也能夠提高效率。通過信息共享，這些方法都有望快速地產生顯著的影響。

  2. 擴大輔助膠凝材料的使用

  輔助膠凝材料是產業(yè)中已經在使用的絕佳減排手段，在開發(fā)更天然或經過最低程度加工的材料上仍然具備巨大潛力。如今，輔助膠凝材料顯然還無法滿足市場需求，有時它們的價格甚至比水泥更高。但新型輔助膠凝材料即將出現(xiàn)。目前已經出現(xiàn)的技術甚至可以將硅土 (沙子) 或火山巖加工成與高效水泥一樣的建筑材料。

  可惜的是，這些并不需要高溫加熱或排放二氧化碳的技術似乎“陷入了困境”，這些技術并沒有在產業(yè)內得到有效利用。如果快速大規(guī)模推廣這些技術，將會嚴重影響現(xiàn)存水泥企業(yè)的利益，因此，那些有能力測試并運用這些技術的人物選擇了規(guī)避，特別是在向非洲部分地區(qū)這樣的水泥高價市場或純進口市場。與之類似，一種稱為機械活化的技術已被測試和開發(fā)了20年以上，卻仍未在業(yè)內得到有效的應用。但隨著全球對減排科技需求的日益高漲，這種技術應用有望很快迎來曙光。

  3. 聯(lián)合處置水泥和其它產品

  理想情況下，水泥制造業(yè)可以與其它工業(yè)生產過程分享熱量，如發(fā)電或煉鋼。在低碳世界中，我們必須謹慎地運用任何高溫加熱技術。一些國家已經開始將水泥制造業(yè)與有害物質焚燒相結合，這種趨勢很可能得到繼續(xù)發(fā)展。這種方式能夠得到推廣嗎？理論上，是的。其中高貝利特水泥可能是最令人激動的新技術。這種技術已經在中國三峽大壩和其它大型高強度工程中，以及肯塔基大學和麻省理工學院得到檢驗。由于其特殊的固化方式，使用這種水泥制作的混凝土特別適合悶熱潮濕的氣候和缺水的環(huán)境。這種水泥的原料可能來自燃煤流化床廢料、褐煤廠廢料和其它工業(yè)廢料。許多人希望有技術能夠同時制造這兩種產品。此類協(xié)同生產技術會極大提高能源效率并降低二氧化碳排放量。

  這些方法中有些在目前看來還不成熟，但整個產業(yè)對節(jié)能減排的需求卻越發(fā)迫切。由于全世界有大約一半的混凝土都被政府購買，在巴黎氣候協(xié)議推動下，這種需求就顯得更加真切。公共部門和其它用戶應當要求企業(yè)更快速地嘗試新技術，并表示愿意提供支持。目標明確的研究，再加上應用更廣泛的測量和信息技術，能夠改變這個相對滯后的產業(yè)，從一個明顯的氣候行動落后者變?yōu)閺姶蟮臍夂蛐袆訋ь^人。