科学家们正在研发“绿色”水泥替代品

混凝土是世界上第二大常用材料。我们需要它来支撑桥梁、建筑、露台、楼梯、台面等等——并且它的使用量一直在增长，在过去的四十年里更是增长了三倍。

这种重要的建筑材料由水、粗骨料（如沙子和砾石）和一种粘合剂组成——而水泥，一种尤其对碳排放产生严重影响的产品，正是扮演着这种粘合剂的角色。

根据国际能源署的数据，水泥行业是世界第三大工业能源消耗者，消耗了工业能源使用的7%。它也是第二大工业二氧化碳排放源，占全球排放量的7%。大多数排放发生在原材料，通常是粘土和石灰石，被加热到超过2500华氏度（约1371摄氏度）以成为超强粘合材料的过程中。每生产一吨水泥，大约会释放600公斤的二氧化碳。

然而，可持续的“绿色”水泥正变得越来越受欢迎，尤其是考虑到传统水泥的环境足迹。去年，东京大学的研究人员 Kota Machida 和 Yuya Sakai 用食物垃圾制作水泥，就是一个近期的例子。食物垃圾之前曾被用作水泥替代品的填料，但 Machida 和 Sakai 开发了世界上第一个完全由食物垃圾制成的水泥工艺。

两人花费数月时间将食物垃圾与塑料混合，以使材料能够粘合在一起。最终，他们找到了合适的温度和压力组合，在不添加任何添加剂的情况下，仅用食物垃圾制作水泥。他们使用一种通常用于将木粉制成建筑材料的“热压”策略，将食物垃圾粉末与水混合，然后在350华氏度（约177摄氏度）加热的模具中进行压制。研究人员表示，这种水泥的抗拉强度或弯曲强度是普通混凝土的三倍以上。

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Sakai 在一份新闻稿中说：“最具挑战性的是，每种食物垃圾都需要不同的温度和压力水平。”他们使用过茶叶、橙子皮、洋葱皮、咖啡渣、中国白菜，甚至午餐盒里的剩饭剩菜。

Machida 本月早些时候在接受美联社采访时表示：“我们最终的希望是，这种水泥能够取代对环境影响更糟的塑料和水泥制品。”

多年来，工程师和研究人员一直在创新，以减少水泥和混凝土的碳足迹。2021年，东京大学的科学家们创建了一种制造混凝土的工艺，该工艺可重复利用旧的混凝土产品（这些产品常常被浪费），以较低的温度加热材料，并从大气中捕获二氧化碳。

2019年，台湾台北科技大学和印度水利部门的研究人员发现，来自农业和水产养殖业的天然废弃物可以部分替代绿色混凝土中的粗骨料和粘合材料。还有许多其他替代品，尽管这些创新仍处于早期开发阶段，但它们正使建筑材料更接近实现减排目标。

然而，当涉及到将食物垃圾水泥规模化用于建筑时，跨国基础设施公司 Ferrovial 的结构设计工程师 Sohan Mone 表示，说服公司进行这种转变可能会很困难。

Mone 说：“要完全改变我们使用水泥的方式，需要我们行业进行许多根本性的改变。”“我们所有的基础设施都是围绕着当前的水泥运作方式来设计的，从安装方式到运输方式，一切都是如此。”

Mone 补充说，这并不是说这不可能做到或不值得去做。但是，一种技术无法解决建筑行业的所有问题。

Mone 的担忧之一是，水泥制造商和建筑公司必须确保所有产品都符合性能和安全标准。大多数大型基础设施项目都使用混凝土，混凝土中会加入钢筋来加固水泥。水泥本身，如果没有额外的结构支撑，就像陶瓷一样。陶瓷制品，如水槽和马桶，可以承受压力，但陶瓷不像混凝土那么坚固。

Mone 说：“一旦施加剪切力，比如任何拉力或弯曲力，[单独使用的水泥]就会碎裂。”“它不擅长承受拉力。”

因此，Mone 表示，在更复杂的、需要大量建筑的用途中使用食物水泥或水泥替代品来制作混凝土，需要大量的安全性和耐用性测试。监管行业和承包商自身的组织也必须相信其可行性。

Mone 说：“我们受到严格监管，而且是应该的，我们在可以使用哪些材料方面并没有太多自由。”“这些结构的生命周期可以长达数百年，而且这些新材料在暴露于环境中的长期表现如何，仍然是一个悬而未决的问题。总有那种对新事物反应未知而产生的恐惧。而混凝土本身就需要大量的维护。”