除水外，混凝土是世界上使用最多的材料，每年使用量约为140亿立方米。其中，40%用于建造人们居住的场所。
如果你要浇注这么多的混凝土来制作十厘米厚的铺路板，它将覆盖整个英格兰和大约一半的威尔士。在美国，同样的金额将覆盖纽约州。
但混凝土生产会释放二氧化碳(CO2)，这是导致气候变化的温室气体之一。大约90%与混凝土相关的排放来自波特兰水泥的生产——这种细小的灰色粉末是将混凝土成分粘合在一起的部分，因其类似于来自多塞特郡波特兰岛的石头而得名。波特兰水泥占世界直接二氧化碳排放量的7%–8%。
更具可持续性和成本效益的低碳水泥(通常被称为“绿色”水泥)的生产正在扩大规模。加利福尼亚州雷丁市现有水泥厂旁边的一座新工厂每年将生产约15,000吨低碳水泥。这可用于制造约50,000立方米混凝土，不到世界混凝土产量的0.0004%。
在雷丁，材料技术公司Fortera将传统水泥生产过程中捕获的二氧化碳转化为即用型绿色水泥(碳酸钙的一种形式)。据Fortera称，这可以将每吨水泥的碳排放量减少70%。
一个具体问题
人们使用混凝土已有2000多年的历史，通过混合砾石、沙子、水泥、水，有时还混合合成化学品。它用于创建从道路和桥梁到建筑物和管道的一切。
目前，欧盟每人每年使用超过两吨混凝土，其中325公斤是水泥。这相当于欧洲人平均五个月吃的食物量。
水泥生产是一个能源密集型过程，温室气体排放难以减少。当石灰石在通常以煤为燃料的窑炉中加热时，近一半的石灰石会以二氧化碳排放的形式损失掉。
发生这种情况是因为石灰石(碳酸钙)在高温下分解形成熟料(氧化钙和二氧化碳的混合物)。每生产一吨普通波特兰水泥，就会向大气中释放0.6-0.9吨二氧化碳。
许多行业都依赖这种材料。水泥行业面临的主要挑战是在满足全球需求的同时减少二氧化碳排放。
因此，除了开发新技术外，还必须在全球范围内建立低碳水泥生产，以满足经济发展中国家的基础设施需求。
低碳替代品
减少混凝土碳足迹的其他方法包括使用粉煤灰(发电厂燃烧煤炭的副产品)或矿渣(钢铁生产的副产品)部分替代波特兰水泥。
然而，随着其他行业脱碳，这些材料的来源将会减少。随着时间的推移，用于生产钢铁的铁矿石将会减少，因为更多的钢铁是通过回收现有钢铁生产的，因此可用的炉渣将会减少。
目前的水泥和混凝土脱碳策略在很大程度上依赖于使用碳捕获和存储技术来捕获水泥厂不可避免的工艺排放。
因此，低碳水泥生产不必涉及更换所有正在运营的水泥生产厂。可以对低碳水泥设施进行改造，以捕获传统水泥生产过程中释放的二氧化碳排放。工厂还可以利用其生产的水泥中捕获的二氧化碳或将其用作食品和化学工业的产品。
在挪威，海德堡材料公司正在一家水泥厂建造一座工业规模的碳捕获和储存工厂，每年可捕获和储存约40万吨二氧化碳，这是现有工厂排放量的一半。
然而，该技术对于水泥生产商来说投资成本较高。捕获的二氧化碳可以储存在地下，但这需要特定的地质特征，而水泥生产场地无法保证这一点。
水泥行业的温室气体排放受欧盟排放交易体系的监管。这样做的目的是让污染者为其温室气体排放付费、减少排放并创造收入来为绿色转型提供资金。
国际能源署表示，这项立法在过去十年中并没有显着减少水泥行业的碳排放，这主要是由于向水泥制造商提供了免费排放配额。
尽管水泥行业持续保持健康的利润，但在清洁技术的广泛采用和材料的可持续利用方面还没有足够的投资。更大的财政激励措施可能会有所帮助，企业必须为与水泥生产相关的排放付费。
作为一名设计工程师，我很欣赏材料的选择和良好的设计在建筑的可持续性方面发挥着重要作用。在低碳水泥技术得到广泛普及之前，工程师、设计师和建筑商可以更有效地使用建筑材料，并选择隐含碳较低的产品——隐含碳是建筑材料从提取到处置的生命周期中释放的碳排放量。
这种方法可以轻松减少与新建筑设计相关的20%的隐含排放。
一些政府可能会转向只允许使用低碳水泥。在爱尔兰，《2024年气候行动计划》要求政府采购或政府支持的建设项目尽可能指定低碳施工方法和低碳水泥。
未来所有水泥都可以低碳或“绿色”吗?如何定义“低碳”对于如何将其转化为行业实践将发挥非常重要的作用。
对现有大型水泥生产厂进行技术改造将证明大规模高效生产低碳水泥在技术上是可行的。如果政府和建筑行业采取正确的激励措施，世界各地生产的几乎所有水泥都可以是低碳的。