除去水，混凝土可能是人類使用最多的物質(zhì)。但這是有代價的：水泥是一種把混凝土粘合在一起的膠漿。要制造水泥，需要將石灰石和其他材料放入窯爐內(nèi)進行高溫燒制，這導致了全球近8%的碳排放。航空業(yè)的排放量為2.5%，由此也受到了大量抨擊，敦促該行業(yè)減少碳足跡。與此同時，水泥行業(yè)一直處于人們的關(guān)注之下。

今年1月，新澤西州成為美國第一個通過商業(yè)稅收抵免促進低碳混凝土使用的州，這是人們對混凝土碳問題的認識日益提高的一個跡象。

與此同時，研究人員也在盡自己的一份力量來減少混凝土的碳足跡。華盛頓州立大學的工程師最近報告說，他們創(chuàng)造了一種能吸收比排放更多二氧化碳的混凝土。

他們用生物炭代替了三分之一的水泥，制成了負碳混凝土，生物炭是一種由農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢物制成的木炭。WSU土木與環(huán)境工程教授Xiangming Shi表示：“有了這一點，我們應該能夠幫助實現(xiàn)建成環(huán)境的碳中和。”Shi和他的研究生Zhipeng Li在《材料快報》雜志上：（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167577X23005530）報道了他們的做法。

水泥在混凝土中所占比例不到15%，其余的是水和礫石或碎石的混合物。但制造混凝土所需的高溫化學反應造成了混凝土不成比例的高碳足跡。Shi說：“生產(chǎn)每噸水泥大約會釋放0.9噸二氧化碳。”

研究人員正試圖通過處理混凝土生產(chǎn)過程的每一步來減少這種足跡。一些人通過提高水泥生產(chǎn)過程的能源效率或使用可再生能源來削減水泥生產(chǎn)的能源使用。其他人已經(jīng)用建筑和工業(yè)廢料、礦渣和粉煤灰部分取代了混凝土中的水泥。一些團隊正在用捕獲的二氧化碳排放物制造混凝土，而另一些團隊則在混凝土中添加藻類、細菌和血液酶等生物材料，使其從空氣中吸收二氧化碳。“每一塊拼圖都在進行中，”Shi說，“但即便如此，你也只能將混凝土的碳足跡減少70%到80%，而不是100%。”

Shi和Li通過用工程生物炭交換30%的水泥來制造負碳混凝土。如今，生物炭是通過在低氧環(huán)境中高溫加熱木屑、稻殼或水處理污泥等廢料制成的。其他人以前曾嘗試用生物炭代替水泥，但即使是5%的生物炭也會大大降低混凝土的強度和耐久性。

為了解決這個問題，兩人首先用混凝土生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水處理生物炭。含鈣的堿性廢水滲入多孔生物炭中，與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣。這種碳酸鈣可以增強生物炭的強度，幫助它更好地與水泥結(jié)合，從而形成堅固的混凝土。

由于多種因素，生物炭水泥混合物會導致負碳混凝土。首先，生物炭是一個碳匯，其重量的23%吸收了空氣中的二氧化碳。接下來，通過用生物炭部分取代水泥，“你正在用減碳材料取代碳密集型材料，”Shi說。最后，他補充道，“生物炭是由“生物質(zhì)制成的，否則這些生物質(zhì)將被填埋，釋放二氧化碳或甲烷，這是一種比二氧化碳更強的溫室氣體。”

一家名為CarbiRete的初創(chuàng)公司也在開發(fā)負碳混凝土。該公司在混凝土混合物中使用煉鋼產(chǎn)生的礦渣，并使用從工業(yè)工廠捕獲的二氧化碳來固化混凝土，而不是水泥。一個缺點是混凝土必須預制，不能在現(xiàn)場澆筑和凝固。

Shi的團隊正專注于使用工程生物炭來減少混凝土排放。雖然目前的論文報道了負碳混凝土，但他的團隊也在努力減少水泥本身的排放，使其成為負碳混凝土。

生物炭是一種人類已經(jīng)知道幾個世紀的材料。它作為一種改善土壤健康的土壤改良劑，最近在農(nóng)民和園丁中很受歡迎，它還可以吸收空氣和有機物中的碳。Shi說，在水泥中使用它對封存碳更有意義。“當你把它放在土壤中時，比如說一百年后，碳會以二氧化碳或甲烷的形式回到大氣中，所以它不會永遠留在那里。但在混凝土中，碳會永遠被鎖住。”

Shi說，他的研究引起了混凝土行業(yè)的興趣，他現(xiàn)在正計劃分拆開發(fā)負碳混凝土。