Бетон должен избавиться от своего колоссального углеродного следа

Бетон будет иметь решающее значение для столь необходимого устойчивого к изменению климата строительства. Но цементная промышленность должна разработать свой план обезуглероживания.

Мокрый бетон заливали в здания, дороги, мосты и многое другое на протяжении веков. Строения из бетона пережили войны и стихийные бедствия, пережив многие цивилизации, которые их построили 1 . Наряду с прочностью и устойчивостью бетон также является основным продуктом строительства, поскольку он относительно дешев и прост в изготовлении. Ежегодно во всем мире используется 30 миллиардов тонн бетона. В расчете на душу населения это в 3 раза больше, чем 40 лет назад, причем спрос на бетон растет быстрее, чем на сталь или дерево 2 .

Универсальные и долговечные бетонные здания и сооружения во многих отношениях идеально подходят для климатически устойчивого строительства. Но бетон имеет колоссальный углеродный след — не менее 8% глобальных выбросов, вызванных деятельностью человека, приходится на одну только цементную промышленность 3 . Мы должны обезуглерожить его производство.

Бетон изготавливается путем добавления песка и гравия в цемент, взбивания смеси с водой и заливки в формы до высыхания. Изготовление цемента является наиболее углеродоемкой частью: оно включает использование ископаемого топлива для нагревания смеси известняка и глины до температуры более 1400 °C в печи.Кроме того, при нагревании известняка (карбоната кальция) с глиной на каждую тонну производимого цемента выделяется примерно 600 кг углекислого газа (см. go.nature.com/3exhg82).

Литий-ионные батареи должны быть более экологичными и этичными

Есть альтернативы цементу, но они находятся на ранних стадиях разработки, а сам цемент остается высокорентабельным — два фактора, препятствующих изменениям для компаний.

Альтернативы включают остаточные соединения от производства железа и стали, известные как шлак, и кучи неиспользованной летучей золы, остаточного материала угольных электростанций. Исследователи также экспериментируют со снижением температуры, необходимой в процессе производства цемента, тем самым снижая потребление энергии.

С точки зрения учета выбросов углерода такие замены и процедурные изменения снизят воздействие цемента на окружающую среду, а также воздействие бетона. Но они по-прежнему связаны с выбросами углерода. Уголь постепенно прекращается, поэтому летучая зола не является долгосрочным решением. И альтернативы еще должны быть сертифицированы для использования в строительстве; для этого необходимы долгосрочные исследования их эффективности.

Цемент будет существовать в обозримом будущем, поэтому само производство цемента должно быть обезуглерожено, что может произойти несколькими способами. Например, топливо с низким содержанием углерода, такое как водород или биомасса, можно заменить ископаемым топливом при нагревании известняка и глины. И ученые изучают, можно ли использовать для отопления электричество вместо сжигания топлива.

Улавливание углерода может быть частью переходного процесса в цементной промышленности 4 . В Швеции, например, в июле компания объявила, что хочет улавливать 1,8 млн тонн CO.₂ с цементного завода и закопать в Северном море. Другая возможность — перекачивать захваченный CO.₂ в сам бетон, запирая его навсегда, что также может улучшить свойства полученного материала. Впрыскиваемый CO₂ вступает в реакцию с ионами кальция в цементе, образуя больше карбоната кальция и потенциально делая бетон способным выдерживать большие нагрузки.

Бетонные варианты

Технологические изменения можно ускорить посредством регулирования и законодательства. Огромная доля бетона используется в проектах общественных зданий. Только в Северной Америке государственные учреждения ежегодно покупают до одной трети производимого бетона. Это означает, что у них есть рычаги воздействия на низкоуглеродный переход: они могут работать с исследователями и производителями, чтобы изменить бетонную промышленность.

В Нью-Йорке и Нью-Джерси через законодательные собрания штатов проходит законопроект, который, в случае его принятия, обяжет агентства и ведомства штатов отдавать приоритет цементу с меньшим углеродным следом.

Древняя битва между окружающей средой и бетоном

Другие штаты вводят законодательство, которое требует, чтобы в строительных предложениях декларировалось воздействие цементных смесей на окружающую среду. В некоторых регионах, таких как Гонолулу, Гавайи, добавлено требование, согласно которому в городских строительных проектах необходимо учитывать использование бетона, который удерживает CO.₂.

В Европе Рамочная директива ЕС по отходам требует повторного использования 70% строительных отходов. Другая идея, известная как паспорта материалов, также может помочь. При сносе зданий отработанный бетон разбивается и выбрасывается или продается для низкосортного использования, например, для обратной засыпки при строительстве дорог. Но паспорт гарантирует, что бетон регистрируется «при рождении», а затем отслеживается на протяжении всего его жизненного цикла, что делает его доступным для большего количества видов повторного использования.

Наконец, цементная промышленность должна публиковать более качественные данные о выбросах, чтобы можно было отслеживать прогресс. В исследовании, опубликованном в прошлом месяце, исследователи из Колумбийского университета в Нью-Йорке сообщают, что некоторые китайские компании по производству цемента стремятся достичь пика выбросов в 2023 году (см. go.nature.com/39z1sdd). Но только одна из десяти опрошенных компаний предоставляет данные о выбросах.Китай является крупнейшим в мире производителем цемента (55% мировых мощностей), и на долю цемента приходится 15% выбросов углерода в стране. Без данных невозможно будет узнать, выполняются ли национальные цели.

В следующем месяце кампания цементной промышленности под названием «Конкретные действия в интересах климата» объявит о своей «дорожной карте» по достижению углеродной нейтральности к 2050 году. Это просрочено, но дорожная карта должна также объяснять промежуточные шаги, как компании намерены достичь нейтральности и как будет измеряться прогресс. .

Некоторые части древнего мира были сделаны из бетона, и этот материал также использовался для строительства большей части современного мира. Исследователи и правительства должны сотрудничать с цементной промышленностью, чтобы сократить ее углеродный след, способствуя устойчивому к изменению климата строительству, в котором сейчас остро нуждается мир.

Природа 597, 593-594 (2021)

использованная литература

1. Джексон, доктор медицины и другие.проц. Натл акад. науч. США111, 18484–18489 (2014). СтатьяPubMedGoogle Scholar
2. Монтейро, П., Миллер, С. и Хорват, А. Природа Матер.16, 698–699 (2017). СтатьяPubMedGoogle Scholar
3. Эллис, Л.Д., Бадель, А.Ф., Чанг, М.Л., Парк, Р.Дж.-Ю. и Чанг, Ю.-М. проц. Натл акад. науч. США117, 12584–12591 (2020). СтатьяPubMedGoogle Scholar
4. Феннелл П.С., Дэвис С.Дж. и Мохаммед А. Джоуль5, 1305–1311 (2021). СтатьяGoogle Scholar