近年来，随着全球对节能减排的呼声越来越高，传统水泥生产由于消耗大量资源和能源，以及产生大量的温室气体而面临巨大挑战。资料显示，水泥工业能源消耗占全球一次能源消费的2%左右，或占全球工业能耗近5%；其二氧化碳排放量占全球排放总量的5%。而对占全球水泥产量近60%的我国水泥行业而言，水泥工业的节能减排显得尤为迫切。

　　水泥制造碳排放堪忧

　　水泥，是目前地球上消费量仅次于水的资源，它普遍应用于建筑行业，是人们最熟悉的建筑材料。制作水泥的原料有石灰石、沙石和黏土，由于这些原料极易开采，造成了水泥造价低廉，同时水泥制作周期短，制作过程简单，对制作环境几乎没有要求，再加上水泥成型快，成型后坚固耐用，种种优势使得它在20世纪50年代以后产量迅速增加。从1970年到2018年，全球水泥产量从5亿吨涨到了45亿吨，涨了八倍，水泥俨然成为了世界上使用最广泛的建筑材料。

　　水泥的生产方式是通过研磨石灰石，将其与沙石和黏土混合，然后在高达1450℃的温度下加热。该过程不仅会产生大量的二氧化碳，还会释放出温室气体。总之，这意味着每生产1千克水泥就会释放出大约1千克的二氧化碳。

　　作为碳排放大户，水泥行业面临的减排挑战正成为积极推进行业转型升级、实现绿色环保发展的契机。对比分析国际发展需求，国内对水泥行业碳排放控制会越来越紧迫，标准也必然会越来越高。

　　工业固废替代石灰石降低碳排放

　　众所周知，水泥的主要原料为石灰石，它约占总原料的80%~85%，每生产1吨水泥熟料需要消耗约1.3~1.4吨的石灰石，而石灰石就是排碳的罪魁祸首。在探索中，科学家发现，一部分工业固废具有作为水泥替代原料的可行性，比如炼钢行业在炼钢过程中产生的一种副产品“钢渣”。钢渣由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成，其有效化学成分与水泥熟料的化学成分比较接近，并且钢渣作为水泥替代原料不仅能降低二氧化碳排放量，还能降低系统烟气总量，从而使预热器内通风量降低、各个控制点的风速下降，预热器系统压损减少，高温风机和尾排风机的电耗降低，实现系统增产。

　　然而，部分工业固废中含有一定比例的金属成分或者氯离子等对生产过程和水泥性能有害的成分，掺入比例有严格的限制。同时，硅酸二钙和硅酸三钙晶种等因素降低了出现高温液相的温度，若生产过程中过早出现液相，会造成预热器系统结皮、堵料及黄心料等现象。不过，鉴于工业固废作为替代原材料对水泥行业的重要潜在价值，克服这些困难还需要继续摸索。

　　使用电解槽“捕获”二氧化碳

　　除了使用工业固废替代石灰石，麻省理工学院的研究人员现在声称已经开发出一种新方法，可以使得水泥生产过程变得更加环保，去除大部分碳排放而不影响最终产品。

　　新工艺采取电解槽用电极将水分子分解的方式。这样做会在一个电极上产生酸，在另一个电极上产生碱。石灰石溶解在酸中，氢氧化钙在另一端以固体薄片形成。然后可以收获这些石灰薄片以生产水泥。不过，在该过程中因为石灰石的溶解仍然会产生二氧化碳，但它不会释放到空气中，相反，它可以被捕获，因为它是纯净的，可用于其他目的，例如制造液体燃料或碳酸饮料，甚至可以与同一系统产生的氧气结合，然后燃烧，为新的水泥制造过程提供燃料。

　　研究人员在实验室中展示了该技术，并证明它在小规模上是有效的。该团队表示，它可以很容易地扩大规模，但它仍然只是制造水泥的更大过程的一部分。在现实世界中实施之前还需要做更多的工作，但这是一个很有希望的步骤。（本报综合）