旧混凝土可以在用于回收钢材的熔炉中回收利用 大大减少碳排放量

旧混凝土可以在用于回收钢材的熔炉中回收利用 大大减少碳排放量 混凝土是世界上使用最多的建筑材料，而制造混凝土是一项特别肮脏的工作仅混凝土生产就排放了全球二氧化碳总量的 8%。遗憾的是，要将混凝土回收再利用，使其可以用于制造新的混凝土结构并不容易。科学家们当然一直在研究如何使混凝土更加环保。这包括改变配方，剔除污染最严重的成分（特别是石灰石），或者设计混凝土，使其在铺设后能从空气中吸收更多的二氧化碳。在这项新研究中，剑桥大学的研究人员调查了如何将废弃混凝土重新转化为熟料（水泥的干燥成分），以便再次使用。这项研究的第一作者 Cyrille Dunant 博士说："我在以前的工作中就有一个模糊的想法，如果有可能粉碎旧混凝土，取出沙子和石子，加热水泥就能去除水分，然后就能重新形成熟料。液态金属浴将有助于这种化学反应的进行，而用于回收钢材的电弧炉则很有可能。我们必须尝试一下。"电弧炉需要一种"助熔剂"材料（通常是石灰）来净化钢水。这种熔化的岩石物质会捕捉杂质，然后冒泡到表面，形成一层保护层，防止新的纯钢暴露在空气中。工艺结束时，用过的助熔剂会作为废料丢弃。因此，在剑桥方法中，石灰助熔剂被换成了再生水泥浆，它不仅能很好地净化钢水，而且如果将剩下的矿渣在空气中快速冷却，它就会变成新的波特兰水泥。这样制成的混凝土与原来的混凝土性能相似。重要的是，研究小组表示，这种技术不会增加混凝土或钢材生产的主要成本，与通常的生产方法相比，还能显著减少二氧化碳排放量。如果电弧炉由可再生能源提供动力，那么它基本上可以制造出零排放的水泥。这项技术已经在生产几十公斤水泥的熔炉中进行了试验，研究人员说，本月正在进行首次工业规模试验，两小时内将生产约 66 吨水泥。研究人员说，到 2050 年，该工艺的规模可以扩大到生产 10 亿吨"电动水泥"。领导这项研究的朱利安-艾尔伍德教授说："生产零排放水泥绝对是一个奇迹，但我们还必须减少水泥和混凝土的用量。混凝土既便宜又结实，而且几乎可以在任何地方制造，但我们却用得太多了。我们可以在不降低安全性的前提下大幅减少混凝土的用量，但这需要政治意愿。""剑桥电动水泥"不仅是建筑行业的一次突破，我们还希望它能成为一面旗帜，帮助政府认识到，在实现零排放的道路上，创新的机会远远超出了能源领域。作为商业化的第一步，该工艺已经申请了专利。这项研究发表在《自然》杂志上。研究小组在下面的视频中介绍了这项工作。 ... PC版： 手机版：

混凝土制造新工艺实现45%的二氧化碳封存率

混凝土制造新工艺实现45%的二氧化碳封存率 工程师发明了一种在制造混凝土过程中储存CO2的新方法。 图片来源：西北大学混凝土是世界上消耗量最大的材料之一。为制造最简单的混凝土，工人们需要将水、细骨料（如沙子）、粗骨料（如砾石）和水泥混合在一起，但制造过程中会产生大量CO2。水泥和混凝土行业排放的CO2占全球温室气体排放的8%。科学家正努力开发新技术，以减少水泥和混凝土生产过程中的CO2排放，并将其转化为“碳汇”产品。目前，在制造混凝土的过程中，主要有两种封存CO2的方法：一是硬化混凝土碳化处理，即将固体混凝土块放置在腔室中，在高压下注入CO2气体；二是新烧混凝土碳化，即在生产混凝土时向水、水泥和骨料的混合物中注入CO2气体。研究人员表示，这两种方法虽然能使一些注入的CO2与水泥发生反应，形成固体碳酸钙晶体，但CO2捕获效率低、能耗高。而且，这些方法产生的混凝土强度往往会被削弱，限制了其应用范围。在最新研究中，研究人员采用了新烧混凝土碳化过程。但他们并未在混杂所有成分时注入CO2，而是首先将CO2气体注入与少量水泥粉混合的水中，再将得到的碳酸悬浮液与其他水泥和骨料混合，最终制造出了新型混凝土。这一过程不仅实现了45%的CO2封存率，混凝土的强度也能与普通混凝土相媲美。这种新方法可以重新利用混凝土制造过程中排放的部分CO2，且技术简单容易实施。 ... PC版： 手机版：

长寿命低碳混凝土将 80% 的水泥替换成煤灰

长寿命低碳混凝土将 80% 的水泥替换成煤灰 Chamila Gunasekara 博士手持低碳混凝土样品迈克尔-昆，皇家墨尔本理工大学燃煤发电站周围存在大量的煤灰。事实上，这样说可能有些轻描淡写在全球范围内，发电站每年产生约 12 亿吨煤灰，而在澳大利亚，煤灰占所有废弃物的近 20%。这是一个惊人的数字，而且可以肯定的是，在可再生能源转型的很长一段时间内，煤灰仍将大量存在。因此，它是一种巨大的潜在材料资源，低碳混凝土制造商已将其用作水泥替代品，通常可替代高达 40% 的水泥。从环保意义上讲，这种做法一举两得，既利用了大量废料，又减少了水泥用量，而水泥本身的碳排放量约占全球碳排放量的 8%。皇家墨尔本理工大学的一个团队一直在与澳大利亚煤灰开发协会和 AGL 洛阳发电厂合作，以更好地利用这一可疑资产，并试图提高煤灰含量，以取代 80% 以上的水泥。为此，研究人员使用了低钙粉煤灰混合物、18% 的熟石灰和 3% 的纳米二氧化硅作为强化剂，然后浇筑了一些混凝土，并开始测试其机械性能。在第 7 天和第 450 天之间，高体积粉煤灰 (HFVA-80) 混凝土的抗压强度从 22 兆帕增加到 71 兆帕。它的抗折强度为 2.7-8.7 兆帕，劈裂拉伸强度为 1.6-5.0 兆帕，弹性模量为 28.9-37.0 GPa。在酸和硫酸盐环境中暴露两年后，它的耐久性超过了普通硅酸盐水泥。项目负责人、皇家墨尔本理工大学工程学院的 Chamila Gunasekara 博士在一份新闻稿中说："我们添加了纳米添加剂来改变混凝土的化学性质，这样就可以在不影响工程性能的情况下添加更多的粉煤灰。"埃拉林发电站在巨大的灰坝面前相形见绌 澳大利亚灰烬发展协会更妙的是，该团队表示，他们发现这项技术并不需要精细的"粉煤灰"，而且似乎对低等级的"塘灰"也同样有效，目前已经用后者制作并测试了结构混凝土梁，并通过了澳大利亚工程性能标准认证。Gunasekara说："令人兴奋的是，初步结果显示低等级塘灰也具有类似的性能，这有可能为水泥替代品开辟一种全新的、利用率极低的资源。与粉煤灰相比，塘灰由于其不同的特性，在建筑中的利用率很低。""澳大利亚各地的大坝中堆积着数百兆吨的火山灰废料，全球范围内堆积的火山灰废料则更多。这些灰渣池有可能成为环境危害，而能够将这些灰渣重新大规模地用于建筑材料将是一个巨大的胜利"。皇家墨尔本理工大学团队还与北海道大学合作开发了一个试验性计算机建模系统，用于预测这些新型混凝土混合物在一段时间内的性能，该团队希望利用这一软件来分析和优化更多的新型混合物。 ... PC版： 手机版：

剑桥研究人员发明可直接吸收空气中二氧化碳的新材料

剑桥研究人员发明可直接吸收空气中二氧化碳的新材料 与目前的碳捕集方法相比，带电木炭海绵还可能更加节能，因为它需要更低的温度来去除捕集到的二氧化碳，以便将其储存起来。该研究成果发表在《自然》杂志上。领导这项研究的优素福-哈米德化学系亚历山大-福斯博士说："从大气中捕捉碳排放是最后的手段，但考虑到气候紧急情况的规模，这是我们需要研究的问题。我们必须做的第一件也是最紧迫的事情是在全球范围内减少碳排放，但温室气体清除也被认为是实现净零排放和限制气候变化最坏影响所必需的。实事求是地说，我们必须竭尽全力"。直接空气捕集是一种潜在的碳捕集方法，它使用海绵状材料从大气中去除二氧化碳，但目前的方法成本高昂，需要高温和使用天然气，而且缺乏稳定性。福斯说："在使用多孔材料从大气中捕集碳方面，已经开展了一些很有前景的工作。"我们想看看活性炭是否可以作为一种选择，因为它便宜、稳定，而且可以大规模制造。"活性炭被广泛应用于净水器等净化领域，但它通常无法捕捉和保持空气中的二氧化碳。福斯和他的同事提出，如果活性炭可以像电池一样充电，那么它就可以成为一种合适的碳捕获材料。给电池充电时，带电离子会进入电池的一个电极。研究人员假设，用氢氧化物这种化合物给活性炭充电，可以使其适用于碳捕获，因为氢氧化物会与二氧化碳形成可逆键。研究小组利用一种类似电池的充电过程，为一种廉价的活性炭布充入氢氧根离子。在这个过程中，炭布就像电池中的电极，氢氧根离子在炭的微孔中积聚。充电过程结束后，将木炭从"电池"中取出，清洗并烘干。对带电木炭海绵的测试表明，由于氢氧化物的结合机制，它可以成功地直接从空气中捕获二氧化碳。"这是一种利用类似电池的工艺制造材料的新方法，"福斯说。"二氧化碳捕获率已经与现有材料相当。但更有希望的是，这种方法的能源密集度要低得多，因为我们不需要高温来收集二氧化碳和再生木炭海绵。"为了从木炭中收集二氧化碳，使其得到净化和储存，需要对材料进行加热，以逆转氢氧化物-二氧化碳键。目前用于从空气中捕捉二氧化碳的大多数材料都需要加热到高达 900°C 的温度，通常需要使用天然气。然而，剑桥大学团队开发的带电木炭海绵只需要加热到 90-100°C 的温度，使用可再生电力即可达到这一温度。这种材料是通过电阻加热进行加热的，基本上是由内向外加热，因此过程更快，能耗更低。不过，这种材料也有局限性，研究人员目前正在努力解决这一问题。福斯说："我们正在努力提高二氧化碳的捕获量，尤其是在潮湿的条件下，因为在潮湿的条件下，我们的性能会下降。"研究人员说，他们的方法可以用于碳捕获以外的领域，因为木炭中的孔隙和插入其中的离子可以进行微调，以捕获一系列分子。福斯说："这种方法是我们在 COVID-19 大流行期间提出的一个疯狂想法，所以当这些想法真正奏效时，总是令人兴奋的。这打开了一扇门，可以用简单、节能的方式为不同应用制造各种材料。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41586-024-07449-2 ... PC版： 手机版：

研究人员实现在10分钟内用有毒"赤泥"制造出绿色钢材

研究人员实现在10分钟内用有毒"赤泥"制造出绿色钢材 铝工业每年产生约 1.98 亿吨（约合 1.8 亿吨）铝土矿残渣"赤泥"，由于其碱度高且富含有毒重金属，因此腐蚀性极强。在澳大利亚、中国和巴西等国，剩下的赤泥通常被丢弃在巨大的垃圾填埋场，处理成本高昂。钢铁工业对环境的破坏同样严重，其二氧化碳排放量占全球总量的 8%。然而，预计到 2050 年，钢铁和铝的需求量将增长高达 60%。不过，德国马克斯-普朗克铁研究中心（Max-Planck-Institut für Eisenforschung）的科学家们可能有办法将铝生产过程中产生的有毒赤泥副产品变成绿色钢铁。"我们的工艺可以同时解决铝生产中的废料问题，并改善钢铁行业的碳足迹，"该研究的主要作者马蒂奇-约维切维奇-克鲁格说，"同时解决铝生产中的废料问题，并改善钢铁行业的碳足迹。"赤泥含有高达 60% 的氧化铁。使用含氢 10% 的等离子体在电弧炉中熔化赤泥，可将其还原成液态铁和液态氧化物，从而轻松提取铁。研究人员说，等离子体还原技术只需 10 分钟，生产出的铁非常纯净，可以直接加工成钢。不再具有腐蚀性的金属氧化物在冷却后会凝固，因此可以转化成类似玻璃的材料，可用作建筑业的填充材料。其他研究人员使用类似的方法从赤泥中生产铁，但使用的是焦炭；不过，这种方法会导致铁受到严重污染，并产生大量二氧化碳。新研究中采用的方法使用绿色氢气作为还原剂，避免了这些温室气体的排放。该研究的通讯作者 Isnaldi Souza Filho 说："如果使用绿色氢气从迄今为止全球铝生产过程中产生的 40 亿吨赤泥中提炼出铁，那么钢铁行业可以节约近 15 亿吨二氧化碳。"通过这种工艺，原本存在于赤泥中的有毒重金属被"几乎中和"。任何残留的重金属都被牢牢地结合在金属氧化物中，不会像留在垃圾填埋场的赤泥那样被水冲走。Jovičević-Klug 说："还原后，我们在铁中检测到了铬。其他重金属和贵金属也可能进入铁中或进入一个单独的区域。我们将在进一步的研究中对此进行调查。有价值的金属可以分离出来并重新利用"。研究人员说，直接使用绿色氢气从赤泥中生产铁，不仅对环境"双倍有益"，而且经济效益也很高。根据他们的计算，如果赤泥中含有 35% 的氧化铁，就足以使这一工艺变得经济。以目前的价格计算绿色氢气和电弧炉的电力成本，再加上填埋赤泥的成本，赤泥中氧化铁的比例需要达到 30% 至 40%，这样生产出的铁才能在市场上具有竞争力。这些都是保守估计，因为处理赤泥的费用可能计算得相当低。此外，电弧炉在金属工业（包括铝冶炼厂）中得到广泛应用，这些行业只需进行有限的投资，就能实现更高的可持续性。研究报告的共同作者 Dierk Raabe 说："在我们的研究中，考虑经济因素也很重要。现在要由工业界来决定是否利用等离子体还原赤泥中的铁"。这项研究发表在《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

不断增长的氧化亚氮排放量促使科学家们发出警报

不断增长的氧化亚氮排放量促使科学家们发出警报 从 1980 年到 2020 年，一氧化二氮一种比二氧化碳或甲烷更强的温室气体的排放量有增无减，仅 2020 年就有超过 1000 万公吨被释放到大气中，这主要是由于耕作方式造成的。这一发现来自全球碳项目（Global Carbon Project）的一份新报告。这份由波士顿学院研究人员领导撰写的题为《2024 年全球氧化亚氮预算》的报告今天（6 月 11 日）发表在《地球系统科学数据》杂志上，报告指出，在 2010 年代，农业生产造成的氧化亚氮排放量占人类排放总量的 74%。这些排放主要是由于在耕地上使用化肥和动物粪便造成的。与二氧化碳和甲烷一样，温室气体一氧化二氮也在全球变暖中扮演着重要角色。虽然它是自然产生的，但也主要由农业活动产生。根据波士顿学院研究人员为全球碳项目（Global Carbon Project）撰写的一份新报告，1980 年至 2020 年间，人类驱动的一氧化二氮排放量有增无减，到 2020 年，将有超过 1000 万公吨的一氧化二氮被释放到大气中。资料来源：全球碳项目减少排放的紧迫性国际研究小组报告说，在温室气体排放量必须下降以减少全球变暖的时代，2020 年和 2021 年一氧化二氮流入大气的速度比历史上任何时候都要快。在地球上，过量的氮会造成土壤、水和空气污染。在大气中，氮会消耗臭氧层，加剧气候变化。这项研究由来自 15 个国家 55 个组织的 58 位研究人员组成，是对全球一氧化二氮排放量和吸收汇进行的最全面的研究。报告的主要作者、波士顿学院席勒全球可持续发展研究所教授田汉钦说："人类活动产生的一氧化二氮排放量必须减少，才能将全球气温升幅限制在《巴黎协定》规定的2摄氏度以内。减少一氧化二氮的排放是唯一的解决方案，因为目前还不存在能够从大气中清除一氧化二氮的技术。"2022 年大气中一氧化二氮的浓度达到了十亿分之 336，比工业化前的水平增加了 25%，远远超过了政府间气候变化专门委员会之前做出的预测。代表全球碳项目协调这项研究的田说："如果我们有机会避免气候变化带来的最坏影响，全球温室气体的排放量就应该迅速减少，实现净零排放，而这种排放量的增加恰恰发生在这个时候。"1980 年，全球农民使用了 6000 万吨商用氮肥。到 2020 年，该行业的用量将达到 1.07 亿吨。同年，动物粪便的用量为 1.01 亿吨，2020 年的总用量为 2.08 亿吨。温室气体无限制地增加，其全球升温潜能值约为二氧化碳的 300 倍，给地球带来了可怕的后果。研究人员利用过去四十年间在陆地、大气、淡水系统和海洋中进行的数百万次一氧化二氮测量结果，对全球一氧化二氮进行了迄今为止最全面的评估。研究人员检查了在世界各地收集到的导致一氧化二氮排放的所有主要经济活动的数据，并报告了全球一氧化二氮的 18 个人为和自然来源以及 3 个吸收"汇"。研究人员发现氧化亚氮排放量最大的 10 个国家是：中国、印度、美国、巴西、俄罗斯、巴基斯坦、澳大利亚、印度尼西亚、土耳其和加拿大。报告称，一些国家在实施减少一氧化二氮排放的政策和实践方面取得了成功。自 2010 年代中期以来，中国的排放量已经放缓；过去几十年来，欧洲的排放量也是如此。在美国，农业排放量继续攀升，而工业排放量则略有下降，总体排放量持平。来自土壤、淡水和海水的一氧化二氮自然排放源保持稳定。全球碳项目成立于 2001 年，该项目分析人类活动对温室气体排放和地球系统的影响，为三种主要温室气体二氧化碳、甲烷和氧化亚氮编制全球预算，评估排放和吸收汇，为进一步的研究、政策和国际行动提供信息。改进农业生产方式，限制氮肥和动物粪便的使用，有助于减少温室气体排放和水污染。田说，有必要进行更频繁的评估，以便针对高排放地区和活动开展减缓工作。如果要在《巴黎协定》的目标方面取得进展，就需要改进源和汇的清单。"虽然不同地区已经采取了一些成功的减氮举措，但我们发现这十年大气中氧化亚氮的积累速度加快了，"全球碳项目执行主任、澳大利亚国家科学机构CSIRO的研究科学家Josep Canadell说。"2020年和2021年大气中氧化亚氮的增长率高于以往任何一个观测年份，比前十年的平均增长率高出30%以上。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：