零碳科技：2023可持续建筑材料

 

我国是世界最大的建材生产国和消费国，水泥、平板玻璃等主要建材产品产量居世界首位。由于产业规模大、窑炉工艺特点等原因，建材行业也是工业能源消耗和碳排放的重点领域。  

《中国建筑能耗与碳排放研究报告（2021）》显示，2019年建筑全过程碳排放总量为 49.97 亿吨二氧化碳，占全国碳排放总量的50.6%。仅在建材生产阶段，碳排放量就达到了27.7亿吨二氧化碳，能耗量达到11.1亿吨标准煤，分别占全国总量比重的28.0%和22.8%。  

中国水泥网数据显示，目前吨水泥、吨水泥熟料的二氧化碳排放量分别约为616.6kg、865.8kg，以此测算，2021年全国水泥行业碳排放总量达到14.57亿吨。  

因此，建材行业实现碳达峰对工业，乃至全社会如期实现碳达峰目标至关重要。  

通过分析研究，选取了目前多个可持续创新建筑材料，与各位同仁分享。  

 

由回收玻璃制成的可持续建筑覆层  

澳大利亚皇家墨尔本理工学院（RMIT）的研究人员与材料技术公司Livefield一起致力于制造复合材料覆层，该团队表示这种覆层价格低廉、结构坚固、耐火。他们使用83%的再生玻璃来制作覆层，同时使用相对少量的塑料粘合剂和阻燃添加剂。  

全球每年生产约1.3亿吨玻璃，其中只有21%被回收。通过在建筑覆层中使用大量回收玻璃，同时确保它们符合消防安全和其他标准，能够有助于真正解决建筑废弃物回收问题。  

 

将粉煤灰转化为环保混凝土  

莱斯大学的一个研究小组最近取得了突破，可以显著减少与能源密集型混凝土行业相关的排放。由化学家詹姆斯·图尔（James Tour）领导的团队将煤基发电厂的粉状副产品粉煤灰用于许多混凝土混合物。他们使用"闪蒸焦耳加热"（这种方法最初是从食物垃圾等碳来源中产生的石墨烯）的过程从粉煤灰中去除有毒重金属，其中电流通过含碳材料，在几毫秒内将它们加热到约3000摄氏度。这比标准流程更节能。然后将净化后的粉煤灰添加到水泥中。 研究人员发现，通过用净化的粉煤灰代替一批混凝土中30%的水泥，混凝土变得更坚固、更有弹性。除此之外，它还将温室气体和重金属排放量分别减少了30%和41%。  

 

由回收纸板制成的纤维素基绝缘材料  

房屋能源使用量的一半以上来自供暖和制冷。保温隔热是提高家庭能源效率的最快速、最简单的方法之一，纤维素可能是这种变化的最佳来源之一。  

CleanFiber公司使用回收的纸板箱作为其创新建筑绝缘材料的基础，通过使用专有液体分离构成纸板箱的纤维制成，然后将纤维注入全硼酸盐液体阻燃剂，然后干燥并切碎。  

最终产品是一种柔软、无尘的绝缘纤维，在建筑工地上的测试表明纤维素绝缘材料更容易安装，因为它在使用过程中不会卡在机械中。 此外，在生产过程中，CleanFiber去除了纸盒的污染物，使绝缘材料能够保护生产安装工人以及建筑使用者的健康。  

CleanFiber正在扩大其生产设施，因为需求已经超过供应。  

 

负碳混凝土自动化系统  

芬兰Carbonaide公司正致力开发负碳混凝土以减少混凝土对环境造成的危害，Carbonaide的解决方案包括一种使用自动化系统将二氧化碳结合到预制混凝土中的有效方法。  

该公司声称，这种方法减少了生产混凝土所需的水泥量，还可以将传统波特兰水泥基混凝土的二氧化碳排放量减半。此外，预制混凝土构件原材料可以采用工业矿渣和生物灰，从而进一步减少碳足迹。  

该公司的工艺可以永久储存和去除碳循环中的二氧化碳，使其成为负碳。去年秋天，该公司用矿渣取代波特兰水泥，将产品的碳足迹降至-60 kg/ m3 。  

 
 

将木材和水泥相结合以实现可持续建筑  

在其他创新者专注于替代能源和混凝土生产工艺的情况下，初创公司EnviroCrete正在采取不同的方法：使用木材来制造更可持续的混凝土。EnviroCrete用木材代替传统的混凝土骨料（如沙子或石头），赋予其水泥的结构特性以及木材的隔热和声学特性。然后将这种新型材料浇铸成空心块、板、结构墙板和屋顶板，以生产具有多种优点的轻质建筑系统。包括使用更少的能源来制造和运输材料、更快的施工时间、更低的节省成本，规模经济以及减少浪费和维护。  

 
 

新型净零排放玻璃  

 

 

初创公司LuxWall正在申请一项名为Net Zero Glass的创新专利，这种产品能够将建筑碳排放和能源消耗减少多达45%。窗户由两个从建筑物内部安装的真空中空镀膜玻璃（VIG）窗格组成，可以更快、更轻松地进行改造。窗格的作用就像一个保温瓶，通过对流、传导和辐射减少热量和冷空气的传递。  

 

新型木质隔热材料  

全球绝缘市场主要使用由玻璃纤维等无机矿棉制成的产品，以及聚苯乙烯等化石燃料衍生的塑料产品。这些产品对健康和环境影响，而且它们不可生物降解，经常最终进入水生或陆地生态系统造成更多污染。一家名为Fiberwood的芬兰公司开发了一种更可持续的替代品。该公司的产品由木浆和机械木材工业产生的材料制成。专有的泡沫成型技术用于制造包含树木自然特性的隔热板，以及增加材料绝缘能力的气腔。由于它们是由木材制成的，所以这些产品可以吸收和储存更多的二氧化碳。  

Fiberwood的生产技术“泡沫成型”是一种环保工艺：消耗更少的水、产生的废水更少、更节能，还可以生产不同类型的产品。  

 

小结  

2022年11月8日，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、生态环境部、住房和城乡建设部四部门印发了《建材行业碳达峰实施方案》（以下简称“《方案》”）。  

《方案》提出，“十四五”期间，建材产业结构调整取得明显进展，行业节能低碳技术持续推广，水泥、玻璃、陶瓷等重点产品单位能耗、碳排放强度不断下降，水泥熟料单位产品综合能耗水平降低3%以上。“十五五”期间，建材行业绿色低碳关键技术产业化实现重大突破，原燃料替代水平大幅提高，基本建立绿色低碳循环发展的产业体系。确保2030年前建材行业实现碳达峰。  

建材行业必须采取切实有力措施，全力推进碳减排工作，为国家总体实现碳达峰预定目标和“碳中和”愿景作出积极贡献。这是建筑材料行业必须履行的社会责任和不可推卸的使命，也是建筑材料行业安全发展、高质量发展，加快形成“双循环”发展新格局的迫切需要。在此过程中，加快技术创新和示范应用必不可少。     

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