碳化混凝土有助于减少与水泥生产相关的排放。
西北大学领导的一个工程师团队在混凝土制造过程中使用碳酸水溶液，而不是静止的水溶液，发现了一种在无处不在的建筑材料中储存二氧化碳的新方法。
新工艺不仅有助于从不断变暖的大气中隔绝二氧化碳，而且还能产生强度和耐久性不受影响的混凝土。
在实验室实验中，该工艺实现了高达45%的二氧化碳封存效率，这意味着在混凝土制造过程中注入的近一半二氧化碳被捕获和储存。研究人员希望他们的新工艺可以帮助抵消水泥和混凝土行业的二氧化碳排放，这些行业占全球温室气体排放量的8%。
这项研究发表在Nature Portfolio出版的《通讯材料》杂志上。
该研究的负责人、西北大学的亚历山德罗·罗塔·洛里亚说：“水泥和混凝土工业对人为造成的二氧化碳排放有很大贡献。我们正在努力开发降低与这些行业相关的二氧化碳排放的方法，并最终将水泥和混凝土变成巨大的‘碳汇’。我们还没有做到这一点，但我们现在有了一种新方法，可以重新利用混凝土制造过程中排放的部分二氧化碳。我们的解决方案在技术上非常简单，行业应该相对容易实施。”
“更有趣的是，这种加速和加强水泥基材料碳化的方法为设计新的熟料产品提供了机会，其中二氧化碳成为关键成分，”该研究的合著者、CEMEX全球研发副总裁Davide Zampini说。
罗塔·洛里亚是西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程的路易斯·伯杰助理教授。这项研究是罗塔·洛里亚的实验室和CEMEX的合作，CEMEX是一家致力于可持续建筑的全球建筑材料公司。
以往工艺的局限性
作为基础设施中不容置疑的一部分，混凝土是世界上消耗最多的材料之一，仅次于水。为了制造最简单的混凝土，工人们将水、细骨料（如沙子）、粗骨料（如砾石）和水泥结合在一起，水泥将所有的成分结合在一起。自20世纪70年代以来，以前的研究人员已经探索了各种将二氧化碳储存在混凝土中的方法。
罗塔·洛里亚解释说：“我们的想法是水泥已经与二氧化碳发生反应。这就是混凝土结构自然吸收二氧化碳的原因。但是，当然，吸收的二氧化碳只是生产混凝土所需的水泥所排放的二氧化碳的一小部分。”
储存二氧化碳的过程分为两类：硬化混凝土碳化或新鲜混凝土碳化。在硬化方法中，固体混凝土块被放置在室内，在高压下注入二氧化碳气体。在新版本中，工人在生产混凝土时将二氧化碳气体注入水、水泥和骨料的混合物中。
在这两种方法中，注入的一些二氧化碳与水泥发生反应，形成固体碳酸钙晶体。然而，这两种技术都有其局限性。低CO2捕获效率和高能耗阻碍了它们的发展。更糟糕的是：最终的混凝土往往被削弱，阻碍了其适用性。
不妥协的力量
在西北大学的新方法中，研究人员利用了新混凝土碳化过程。但是，他们不是在混合所有成分的同时注入二氧化碳，而是首先将二氧化碳气体注入与少量水泥粉混合的水中。将这种碳化悬浮液与其余的水泥和骨料混合后，他们得到了一种在制造过程中吸收二氧化碳的混凝土。
罗塔·洛里亚说：“与目前碳酸盐新混凝土通常采用的水、水泥和骨料混合物相比，我们的方法中碳化水泥悬浮液的粘度要低得多。因此，我们可以非常快速地混合它，并利用非常快的化学反应动力学，从而产生碳酸钙矿物。结果是，与将二氧化碳注入新鲜混凝土混合物时相比，混凝土产品中碳酸钙矿物的浓度显著增加。”
在分析了碳化混凝土后，罗塔·洛里亚和他的同事发现，它的强度与普通混凝土的耐久性相媲美。
他说：“碳酸化方法的一个典型局限性是强度经常受到化学反应的影响。但是，根据我们的实验，我们表明强度实际上可能更高。我们仍需对此进行进一步测试，但至少可以说它没有受到损害。因为强度不变，应用也不会改变。它可以用于梁、板、柱、基础 —— 我们目前使用的所有混凝土。”
Zampini说：“这项研究的发现强调，尽管水泥基材料的碳化是一种众所周知的反应，但通过更好地了解与材料加工相关的机制，仍有进一步优化CO2吸收的空间。”
