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EFA7E6建造者将湿混凝土引导到水泥卡车进入大型建筑的基础。
一个助理将湿混凝土引导到水泥卡车进入大型建筑的基础。 信用:彼得正义/ alamy股票照片。
58biwei
2018年9月13日8:00

问答:为什么水泥排放气候变化问题

jocelyn·努珀利

jocelyn·努珀利

09.13.18.
jocelyn·努珀利

jocelyn·努珀利

13.09.2018 |8:00 AM
58biwei 问答:为什么水泥排放气候变化问题

如果水泥行业是一个国家,那将是世界上第三大发射器。

2015年,它产生了大约2.8亿吨二氧化碳,相当于全球总量的8% - 比中国或美国以外的任何国家更大的份额。

随着全球城市化和经济发展增加对新建筑和基础设施的需求,水泥使用设定为上升。随着全球经济的其他部分,水泥行业需要大大降低其排放,以满足巴黎协议的温度目标。但是,到目前为止,还有有限的进展。

减少水泥的排放。Rosamund Pearce的Infographic进行碳简介。必威手机官网

减少水泥的排放。Infographic by罗萨蒙德珍珠用于碳简必威手机官网介。

什么是水泥?

水泥用于施工以将其他材料结合在一起。它与沙子,砾石和水混合制作具体的,世界上最广泛应用的建筑材料。超过10亿吨的混凝土是每年使用

行业标准是一种叫做硅酸盐水泥。这是发明在18世纪初,并在当时广泛使用的建筑石头命名。这是用于98%全球混凝土今天,每年生产4bnn吨。

生产的生产波特兰熟料作为粘合剂的行为,是制作波特兰水泥的关键步骤。石灰石(Caco3)在水泥窑中的高温下“煅烧”,以产生石灰(CaO),导致废物二氧化碳的释放。总体而言,发生以下反应:

为什么水泥发出如此多的二氧化碳?

一半水泥的排放是从上述反应产生的过程排放。这是水泥排放通常被认为难以切割的原因原因:由于该二氧化碳通过化学反应释放,因此不能通过改变燃料或提高效率来消除它。

一种进一步40%水泥排放来自燃烧化石燃料,将窑加热到该煅烧过程所需的高温。最后10%的排放来自所需的燃料和运输原材料。

因此,水泥排放主要取决于每吨水泥中使用的熟料的比例。熟料生产中使用的设备的燃料类型也产生了影响。

同时,世界建筑的地板面积是投射到双人间在未来40年。这意味着水泥生产被设定为生长大约5亿吨到2030年,从今天增加了25%,达到了四次1990年级别

因此,单独的效率获得,不足以显着降低部门的排放。

哪些国家有高水泥排放?

中国是迄今为止最大的水泥生产商,紧随其后的印度和欧盟的合并国家,作为下面的图表报告由查塔姆议院节目。自1990年以来的四分之三的水泥生产发生在中国,哪个用过的2011年和2013年之间的水泥比美国在整个20世纪达成了更多水泥。

从2010年到2010年显示水泥生产和排放的堆积线图。资料来源:Olivier等人分析。(2016)由Chatham House。

2010年至2015年的水泥生产和排放资料来源:奥利维尔等人分析。(2016)查塔姆之家

中国也有高水平的水泥生产,因为它的经历快速城市化, 和很多人移动到由水泥制成的高层或低层建筑物。但是,中国消费可能接近水平

相比之下,印度的消费是设定增加又重要地迅速城市并建立基础架构。最新的增长预计将在印度和其他新兴市场发生。

Cr57be人举的平底锅用水泥在脚手架上,砖房的建筑家庭在2010年的洪水灾难期间被毁坏的家庭被毁坏的家庭

有水泥的人举的平底锅在脚手架上,旁遮普旁遮普,2011年。信用:Imagebroker / Alamy股票照片。

根据Chatham House的说法,在欧洲,现有的窑炉设施能够满足未来对水泥的需求。它还增加了欧洲水泥生产商也是他们使用替代燃料的最先进的一些。然而,旧装备把它们落后于印度和中国的能源效率。必威体育在线注册

同样,美国,第四大水泥消费者,在能效及其熟料比方面落后于其他主要生产者。必威体育在线注册

有水泥排放是否减少了?

根据Chatham House的说法,水泥生产的平均二氧化碳强度 - 每吨产量排放量 - 在过去的几十年中,在过去几十年中跌至全球18%。然而部门的排放量整个整体显着上升,自1990年以来需求增加。

到目前为止进展已经有三个主要领域。首先,更高效的水泥窑使生产更少能量密集。必威体育在线注册这可以进一步改进:每吨水泥的全球平均能源使用是必威体育在线注册犹在具有目前最佳可用技术和实践的生产高出20%。

其次,使用替代燃料也降低了排放 - 例如,使用生物质或废物代替煤炭。这尤其是欧洲案件Chatham House表示,大约43%的燃料消耗量来自替代品。

第三,减少水泥中波特兰熟料的比例也削减了排放。Chatham House表示,“高混纺”水泥可以减少每公斤排放量高达四次。熟料可以用其他水泥材料代替,包括煤燃烧和炼钢的废物。这可能会影响水泥的属性,但是,只适用于某些最终用途。

世界平均熟料比(熟料:水泥)落到2014年0.65,欧亚亚洲的0.57的距离大幅增加至0.87。

经过几十年的进步,从2014年到2016年的水泥的二氧化碳强度变化了很少,根据到国际能源机构(必威体育在线注册IEA)。它说,这是因为通过熟料比略微增加必威体育在线注册,能效改善偏移。

尽管如此,随着中国的需求平静下,近年来整体水泥排放量是平坦的或下降。

Biomason使用细菌来种植它所说的水泥砖可以螯合碳。

Biomason使用细菌来种植它所说的水泥砖可以螯合碳。信用:Biomason,Inc。

水泥排放有多远?

IEA和行业导致的水泥可持续发展倡议(CSI.)最近发布了一个新的低碳路线图,展示它如何考虑排放可以用“2C”方案和“低于2C”方案进行切割。路线图假设水泥需求将增加12-23%到2050年。

对于2C场景 - 符合50%的机会将全球温度升高到2℃以上预工业水平的2C到2100 - 路线图表示需要24%的水泥排放。(值得注意的是,这并不符合巴黎协议,其中呼叫温度升高至少至少留在2c的“低于”2c。)

路线图依赖于这些排放削减的四个行动领域。

其中三个是水泥行业以前追求的策略,以限制排放,即改善能效,较低排放燃料和较低的熟料比。必威体育在线注册

例如,路线图将目标平均全局熟料比为0.60到2050,下降0.65。这是一项重大挑战:Chatham House Notes将需要大约40%的熟料替代品到2050比今天,当时传统替代品的可用性 - 飞灰和炉渣 - 可能会开始跌倒。

第四个领域是“创新技术”,基本上用于减少使用碳捕获和储存的排放(CCS.)。这尚未在水泥行业使用(酒吧审判)但路线图承担CENCE部门中CC的集成达到2030年的商业规模部署。不确定过度迅速扩大CCS及其大量成本对减少混凝土排放的主要障碍是一种主要的障碍。

下图显示了IEA和CSI水泥路线图的查塔姆房屋分析。红色虚线显示24%的排放与2050的2C场景(2DS)符合22%的排放。

线图显示减少降低水泥排放的方法,导致“巴黎兼容”途径

减少水泥排放的方法,导致“巴黎兼容”途径。示出了三种情况:“参考技术场景”(RTS),“2C场景”(2DS)和“超出2C场景”(B2DS)。来源:查塔姆之家IEA和CSI分析技术路线图(2018)。

路线图还列出了“超出2C”场景(B2DS;上面的紫色虚线),因此需要高出60%的排放减少。在这里,与2C场景相比,CCS捕获的总水泥二氧化碳排放的比例需要超过2050个,高达2050年的63%,路线图说。它指出了这份“将具有挑战性”。

Chatham House还指出,如果关于CCS技术的贡献证明是乐观的,则需要陡峭的减少“如果有关贡献”。它说:

“超越2DS将需要对熟料替代,新型水泥和CC的转型性行动,以及部署超出部门的需求侧方法,以降低整体消费。如果CCS证明规模太挑战,这些也变得更加重要。“

可以'小说'水泥削减排放吗?

有些公司一直在研究“小说”水泥,这些水泥完全不需要对波特兰熟料的需求。如果这些可以竞争波特兰水泥的成本和表现,他们将提供一种明显减少排放的方法。

但是,没有人尚未实现大规模的商业用途,目前仅在利基应用中使用。此外,该行业的创新倾向于关注增量变化,由查塔姆房屋的全球专利搜查显示,专注于新的水泥。

以20世纪70年代以来,基于地缘聚合物的水泥一直是研究的重点。这些不使用碳酸钙作为关键成分,在室温下硬化并仅释放水。Zeobond.Banahuk.与波特兰水泥相比,均在生产这些生产的公司之一,均声称排放量约为80-90%。

还有几家公司发展“碳固化“消耗CO2,而不是水,而不是水,因为它们硬化。如果该二氧化碳吸收可以在其生产过程中释放的二氧化碳,但PENCED可以潜在的用作碳汇。

Solidia Concrete™煤渣块。

Solidia Concrete™煤渣块。信用:悬浮症

美国公司悬崖例如,如图所示,它的混凝土比Portland水泥发射高达70%的二氧化碳,包括该螯合步骤。该公司现在与主要水泥生产者合作Lafargeholcim

同样,英国初创公司Novacem.- 从伦敦帝国学院旋转 -声称2008年,用它的“替代波特兰水泥”碳负数“产品将使该行业成为二氧化碳排放的净收源。但是,该公司未能提高足够的资金继续研究和生产。

其他公司正在使用完全不同的材料来制作水泥。北卡罗来纳州的启动Biomason.例如,使用细菌来生长它的水泥砖与传统的砌体和碳敏均相似,既同样牢固。

下表,从查塔姆房子,总结了几种替代水泥技术的发展阶段。

在创新周期不同阶段的低碳水泥表。资料来源:Chatham House(2018)。

在创新周期的不同阶段的低碳水泥。资料来源:Chatham House(2018)。

低碳水泥的障碍是什么?

迄今为止,低熟料或新水泥的原因有几个原因未能达到广泛使用。

这些技术不如波特兰水泥经过旧的验证,这些技术已被用于施工的几个世纪。这导致水泥消费者的抵抗力,特别是在一个明显的原因,倾向于将安全性作为高优先级。这些新技术中的许多也不足以达到广泛使用。

替代方案也倾向于具有更多有限的应用,这意味着波特兰水泥可能没有单一的替代品。因此,他们的使用意味着远离规定性标准。目前,几乎所有标准,设计代码和用于测试水泥粘合剂和混凝土的协议都是基于门廊水泥的使用,注意查塔姆屋。它补充说:

“新方法,特别是新行业标准需要大量的讨论和测试。例如,在欧盟批准和实施的新标准可能需要数十年。“

然而,混凝土材料测试的最新进展可能允许其化学更好地理解,为调整行业标准提供更多的信心。

替代水泥还需要能够与波特兰水泥竞争成本,特别是在没有强大的监管或政策压力如碳价格。但是,切换可能需要投资新设备或更昂贵的材料,这可能需要多年的时间来收回,这是Chatham House。

获得足够的原材料所需的一些水泥也是一个主要的考虑因素。例如,本地可用性飞灰- 煤燃烧的副产品和最常用的熟料替代品之一 - 由于燃煤发电厂关闭。

可以减少水泥需求吗?

减少对水泥的需求也有助于限制排放,特别是在发展中国家。例如,查塔姆房屋突出了城市设计如何基于“毛细管网“系统和行走而不是汽车可以使用第三个混凝土。同样,来自哥特式大教堂的原则已被用于设计现代混凝土楼层70%打火机比传统的对应物。

使用 ”循环经济“允许从建筑物中重用模块化部件的概念也可以发挥作用,可以最大限度地发挥基础设施的寿命。例如,中国已经过了批评建造新的不合标准建筑物,这些建筑物可能只在拆迁前25至30年。

C8N8MK精美的弯曲和弯曲的混凝土步骤,形成了沙滩海滩的一部分海墙和海洋防御

形成海墙和海防御的一部分的具体步骤在布莱克浦海滩。信用:庄园摄影/ alamy股票照片。

建筑物中的混凝土也可能是更换使用木材,可能允许CO2被捕获和存储。一些新类型工程木材,如交叉层压木材,正在创造更多的建筑机会。然而,使用木材而不是钢和混凝土在建筑物中的碳储蓄是不保证

老混凝土也可以在道路工作等项目中被压碎并重复使用。然而,除非产生新的熟料,混凝土将失去其结合性能。

水泥排放是否调节?

水泥往往是经过考虑的太难以脱碳,以及其他等待的等待航空。近来一个报告注意到,如果在公开辩论中提到了水泥排放,“通常需要注意的是,可以对他们完成一点”。

结果,与电力部门相比,水泥行业面临着较少的政治和商业压力,Felix Preston.讲碳简短。必威手机官网普雷斯顿是高级研究员查塔姆之家和水泥报告的共同作者。他说,该部门仍然是一项控制大部分市场的主要公司。普雷斯顿补充说:

“[这些公司]通常在地理区域以及全球阶段占主导地位或非常有影响力。我认为这使得这一点难以 - 它仍然很难 - 以基础改变。他们不一定看到立即动力采取雄心勃勃的行动。“

欧盟认为水泥具有重要风险碳泄漏,意味着它在欧盟排放交易系统中获得免费津贴(欧盟ETS.)。在领先于2017年欧盟ETS改革,欧洲议会的环境委员会(envi.) 不成功建议的结束此免费配置。介绍碳底层价格Chatham House表示,在若干会员国考虑在若干会员国 - 仍然可能影响该部门。

中国的ETS,预计将扩展到包括水泥,尽管它将在其第一阶段覆盖电力部门。

水泥行业采取行动吗?

根据CSI,生产者会计对于30%的全球水泥生产,在可持续发展举措中共同工作了大约二十年,包括减排。当巴黎气候会议, 群组宣布计划将其集体排放量减少20-25%到2030年。这将是与上述“低于2C”情景的类似野心水平。

世界水泥协会(WCA),同时,是发展“气候变化行动计划”,该计划将于本月晚些时候发布。目前的技术只能提供实现巴黎协议的2C目标所需的一半CO 2节省,WCA最近警告代表“全球气候变化论坛“ 在巴黎。WCA会员基地代表了十亿多吨的年度水泥生产能力。

最近推出的全球水泥和混凝土协会(GCCA.)还希望改善该部门的环境凭证。这是设定CSI在2019年1月完成的可持续发展工作。

一些水泥公司还引入了内部碳价格,或者有计划介绍一个。

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