想想我们每天走的那些人行道、你驾驶的道路、无数的能源基础设施、坝、发电厂……所有这些都需要水泥。水泥生产所产生的排放占全球碳排放总量的8%，比航空和海运行业的排放总和还要多。

中国的快速发展是导致这一状况的主要原因之一。在2020年和2021年短短两年内，中国生产的水泥量超过了美国整个20世纪的总和。其他发展中国家在建设城市和基础设施时也将需要大量水泥。如果我们希望在未来几十年内实现碳中和目标，我们需要找到一种不产生水泥排放的建筑方式。这个任务虽然困难，但并非不可能。

当前的解决方案

观察一个典型的水泥厂，这种类型的工厂在全球范围内普遍存在，烟囱、窑炉、预热系统或称为预热装置。所有这些都是碳排放源，约40%的水泥排放来自燃料燃烧以加热到可达1450摄氏度的窑炉，剩下的60%来自预热塔，在那里，粘土和其他添加剂被加热到885摄氏度，使石灰石释放二氧化碳。那么解决方案在哪里呢？

首先，我们需要考虑减少混凝土的使用。事实证明，我们通常使用的混凝土量是实际需求的两到三倍，建筑师和结构工程师往往倾向于过度使用混凝土以确保安全并避免法律风险。尽管混凝土在承受压缩和重载方面起着重要作用，特别是在基础和柱子上，但在其他位置我们完全可以减少这种材料的使用。苏格兰的新国会大厦就是一个典型的例子，建筑设计旨在减少碳排放，混凝土和钢铁仅在真正需要时使用，而胶合板则优先用于非承重的建筑和结构部件。

有意识的碳排放设计无疑是减少水泥生产对环境影响的关键。当然，在不久的将来完全替代混凝土是不可能的，根据一些分析，减少目前的过量混凝土使用只能帮助最大限度地减少约26%的排放。显然，世界需要付出更多的努力。

下一个解决方案在于水泥的生产过程，如前所述，40%的排放来自窑炉，通常使用煤、焦炭、石油或天然气来产生高达1450摄氏度的温度。电气化窑炉是一种有前景的解决方案，但通过电能达到如此高的温度是一个巨大的挑战，尽管一些初创公司正在努力实现这一想法，但仍有许多工作要做。

另一个解决方案是将窑炉用作废物处理场，窑炉的高温使其成为处理工业废物、生活垃圾或废旧轮胎的理想场所，窑炉中的石灰石将吸收燃烧过程中产生的污染物，防止它们释放到大气中。这种燃料转换可以帮助减少约7%的排放。

一种新型混凝土

让我们分析水泥排放问题的另一个方面。从加热石灰石的过程中释放的碳，在经过窑炉后，石灰石将变成熟料，成为水泥的主要粘合成分，水泥与砂石和水结合形成混凝土。尽管水泥仅占混凝土成分的约10%，但它是主要的排放源。因此，另一种策略是寻找替代熟料的材料，初创公司正在积极研究和开发一种完全不含熟料的新型绿色水泥，但到目前为止，还没有任何材料能够在资源丰富性和商业可行性方面完全替代石灰石。

调整混凝土配方需要严格的试验和安全检测，这一点至关重要。最近在土耳其发生的由于广泛使用劣质水泥和不合格建筑过程而导致的悲惨事件是一个深刻的教训。在北美，熟料占水泥成分的约90%，由于严格的安全标准，但与世界其他地区相比，北美的谨慎程度显得过高。2020年全球水泥的平均熟料比例仅约为72%。这表明通过使用替代产品来降低熟料比例的巨大潜力。

专家认为，通过添加未处理的粘土和石灰石，我们可以创造出一种新的水泥混合物，熟料比例仅为50%，同时仍能确保安全。这是一项经过验证的技术，符合现行建筑标准，并有可能将水泥和混凝土行业的排放减少一半。这些努力将对抗击气候变化作出重要贡献。然而，只要我们没有找到一种完全无排放且可大规模生产的水泥，任何熟料的生产活动都将继续向环境排放大量的排放。

碳回收

朝着可持续建筑行业的旅程将我们带到了最后一步，也是最具挑战性的一步。为了实现这一雄心勃勃的目标，水泥生产中的碳去除没有其他途径，必须采用碳捕集和储存技术。这种方法包括捕集在水泥生产过程中产生的二氧化碳（CO2），然后将其安全地压缩并储存于适合的地下地质储层中。

一个典型的先驱项目是挪威一家水泥公司的项目，他们正在试验世界上第一批能够捕集CO2的水泥厂之一，并计划将其储存于北海的枯竭油气田中。除了在生产过程中捕集碳外，初创公司正在追求的另一个充满希望的方向是将CO2结合到水泥和混凝土的生产过程中。这种新方法利用了岩石自然吸收和保留碳的能力，开启了将建筑环境转变为巨型碳储存库的潜力，过去以混凝土建筑和延绵的道路而闻名。

通过这些努力，朝着2050年实现净零排放的建筑行业目标正变得越来越可行。中国，作为全球最大的水泥生产国，在这一绿色革命中发挥着关键作用，尽管面临许多挑战，但来自这个拥有十亿人口的国家仍有积极的信号。中国水泥厂的平均使用寿命约为15年，远低于美国的34至35年。这意味着中国的水泥厂可以使用更现代的节能技术。

此外，中国使用的熟料，作为水泥中产生CO2的主要成分，低于全球平均水平，并已实施至少一个碳捕集项目。然而，前方的道路仍然充满挑战。最近，中国将建筑领域的排放峰值目标从2025年推迟到2030年。改变混凝土和水泥的设计和生产过程是短期内可行的步骤，而碳捕集和储存技术仍处于早期发展阶段，需要大量投资。估计应用碳捕集技术的水泥生产成本可能增加70%到115%，但如果考虑到整个建筑项目的总成本，水泥或混凝土的成本仅占很小一部分。

因此，各国政府承诺支持部分材料成本以推动这一绿色技术的应用是完全可行的，并且具有高经济效益。一个典型的例子是美国的减排法案，政策将碳储存的税收抵免提高到每吨85美元，正在为碳捕集和储存市场的发展提供动力。在很长一段时间里，像水泥生产这样的重工业被视为气候难题，但如今，随着科学技术的飞速进步，我们已经掌握了解决这一问题的方案。

除了彻底改革水泥行业，寻找和应用替代建筑材料同样重要。木材因其自然再生能力和吸收碳的能力而成为一个有前途的候选者。然而，转向大规模使用木材也带来了新的挑战，估计为了满足全球建筑需求，我们可能需要将木材采伐量增加三倍。这潜在地对森林资源和生态系统造成压力。

每种解决方案都有其优缺点，因此，为了解决建筑领域的温室气体排放问题，我们需要采取多样化的方法，和谐地结合对传统材料如水泥和混凝土的绿色技术开发，同时加强对潜在替代材料如木材的研究和应用。