新的低碳水泥是由德國馬丁路德·哈勒維騰貝格大學(xué)和巴西帕拉聯(lián)邦大學(xué)的研究人員開發(fā)的，他們瞄準(zhǔn)了石灰石，一種生產(chǎn)傳統(tǒng)波特蘭水泥的關(guān)鍵成分。這種材料首先需要從地球上提取，粉碎并在高溫下烘烤，這本身就是一個能源密集型過程。
但是，當(dāng)石灰石被處理并變成被稱為熟料的小塊，作為磨碎的水泥粉末的前體時，它釋放出其儲存的碳。這些碳本來會被安全地鎖在地球上，但隨著越來越多的石灰石被挖出并烘烤成水泥生產(chǎn)的燃料，它反而大量地進(jìn)入了大氣。
德國馬丁路德·哈勒維騰貝格大學(xué)地球科學(xué)和地理研究所的Herbert Pöllmann教授解釋說：“傳統(tǒng)上，波特蘭水泥是使用包括石灰石在內(nèi)的各種原料制成的，這些原料被燒制成所謂的熟料。在這個過程中，碳酸鈣被轉(zhuǎn)化為氧化鈣，釋放出大量的二氧化碳。”
這將石灰石置于限制水泥碳足跡的努力的前沿和中心，我們已經(jīng)看到了一些有趣的潛在替代品的出現(xiàn)，比如使用火山巖代替的想法。這項新研究的作者正在探索一種名為鋁土礦的原材料的潛力，它具有水泥生產(chǎn)所需的特性，但也是最常見的鋁礦，這意味著它已經(jīng)受到高度追捧，而且供應(yīng)有限。
這使該團(tuán)隊找到了一種鋁土礦的覆蓋層--一種位于鋁土礦上方的材料，在采礦作業(yè)中無論如何都需要拉上來--稱為Belterra粘土。
"這種粘土層可以達(dá)到30米厚，覆蓋在地球熱帶地區(qū)的鋁土礦床上，例如在亞馬遜盆地，"Pöllmann解釋說。“它含有足夠的鋁含量的礦物，以確保良好的水泥質(zhì)量。它也可以大量提供，并且不需要額外處理就可以進(jìn)行加工。”
該團(tuán)隊的新配方并沒有完全摒棄石灰石，而是用Belterra粘土取代了50%至60%的石灰石。但這有一個額外的好處，它不僅將碳儲存鎖在地下，而且需要更低的溫度來處理，需要在1250°C下烘烤，這比傳統(tǒng)的波特蘭水泥低約200°C。
Pöllmann說：“我們的方法不僅在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中釋放更少的二氧化碳，而且在加熱回轉(zhuǎn)窯時也是如此。”
總的來說，該團(tuán)隊計算出，新的水泥配方在生產(chǎn)過程中可減少三分之二的碳排放。嚴(yán)格的實驗室測試表明，它可以勝任這項工作，滿足了傳統(tǒng)波特蘭水泥的所有性能標(biāo)準(zhǔn)。作為下一步工作的一部分，科學(xué)家們現(xiàn)在正在調(diào)查在德國是否有Belterra粘土的來源，可以用于生產(chǎn)他們的新型水泥。
這項研究發(fā)表在《可持續(xù)材料與技術(shù)》雜志上。
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