零排放混凝土的新视角：将生物炭混合到混凝土建材中

Empa 混凝土和沥青实验室的研究人员正在研究通过将生物炭混合到二氧化碳中性甚至负二氧化碳混凝土中的可能性。 他们将生物炭制成颗粒以最大限度地利用，然后用其代替传统骨料。

如果瑞士要到 2050 年实现气候中和，就需要采取二氧化碳负平衡的战略和程序。为了确保最终实现净零排放，这些所谓的负排放技术 (NET) 旨在抵消剩余的“难以实现的目标”。

建筑业尤其负有责任，因为它是主要排放源之一。 水泥生产造成的温室气体排放量约占全球温室气体排放量的 8%。

与此同时，人们正在尝试利用资源消耗量大的建筑业作为潜在的碳汇。 如果开始“用二氧化碳建造”——即利用碳来制造建筑材料并最终从大气中提取——这个看似矛盾的想法就会成为现实。

要实现这样的梦想需要进行大量研究，例如 Empa 的混凝土和沥青工厂目前正在进行的研究。 Pietro Lura 领导的一个小组正在创造一种将生物炭掺入混凝土的方法。

孔隙率造成的困难

生物炭主要由纯碳制成，纯碳是植物在生长过程中以二氧化碳形式从环境中吸收的碳。 它是在无氧条件下通过生物质的热解碳化产生的。 燃烧植物会释放二氧化碳，但随着时间的推移，这些气体会被困在生物炭中。 第一批使用生物炭的混凝土制品已经可供购买。

不幸的是，未经处理的生物炭经常被添加到混凝土中，这可能会引起问题。

生物炭非常多孔，因此不仅吸收大量的水，而且还吸收混凝土生产中使用的昂贵的外加剂。 而且，它很难处理，而且也不是完全无害的。

除了对呼吸系统有害外，细煤尘有时还会爆炸。

出于这些原因，研究人员在《清洁生产杂志》最近发表的一篇论文中建议将生物炭制成颗粒。

“这种轻质骨料已经由膨胀粘土或粉煤灰等其他材料制成。 处理这些材料的专业知识在工业中是可用的，这增加了这一概念付诸实践的机会，”Wyrzykowski 补充道。

 实现净零排放20%

研究人员将生物炭、水和水泥在带有旋转盘的混凝土搅拌机中混合，制成颗粒。 纺丝产生直径为 4 至 32 毫米的微小颗粒。 然后使用这些颗粒制造出目前土木工程中最常用的强度等级为 C20/25 至 C30/37 的典型混凝土。

Wyrzykowski 进一步表示，“通过混凝土中碳颗粒体积比例达到 20%，我们实现了净零排放。”

换句话说，储存的碳量平衡了混凝土和颗粒制造过程中产生的所有排放量。 轻质混凝土（密度约为 1,800 kg/m3）的负排放潜力最为明显，即使普通混凝土（密度在 2,000 至 2,600 kg/m3 之间）可能尚未达到体积百分比为 20% 的限制： 总负排放 当碳颗粒以 45% 的体积比添加到混凝土中时，排放量为 -290 kg CO2/m3。 另一方面，传统混凝土每立方米释放约 200 公斤二氧化碳。

大气中的碳

该实验室负责人 Pietro Lura 表示，他实验室的研究对于实现气候目标至关重要。 尽管生物炭在最近的研究中已被用作模型材料，但他并不认为生物炭是最重要的碳来源。

相反，他强调了“开采大气层”的总体理念，几个 Empa 实验室正在对此进行研究。 这涉及通过将太阳能、水和大气中的二氧化碳结合起来，在地球阳光充足的地区生产合成甲烷，然后热解产生的气体。

这会产生氢气，可用作工业或交通中的能源载体；以及固体碳，我们可以将其加工成颗粒（如生物炭）并掺入混凝土中。