當下，氣候變化問題無疑是全球關注的焦點。
當各行各業都在探索減少碳足跡的方法時，水泥行業——盡管聽起來平淡無奇——卻是造成溫室效應的最大元兇之一。
水泥是目前使用最廣泛的人造材料。它與水混合后會形成混凝土，可用于建筑、橋梁、道路和人行道等各種基礎設施的建設。
盡管水泥在很大程度上塑造了現代建筑環境，但它也是大氣中二氧化碳的重要來源。據國際能源署的估計，僅水泥行業的碳排放量就占全球碳排放總量的7%左右。這使水泥行業成為世界上第二大單一碳排放大戶，僅次于鋼鐵行業。
盡管這是一個很少受到公眾關注的問題，但是科學家們對此的擔憂卻在與日俱增。隨著全球人口的增長，據估計，到2050年，水泥產量可能會增加23%。一些專家認為，除非該行業大幅減少排放，否則可能會致使《巴黎協定》的全球氣候目標陷入危險境地。
國際能源署和世界水泥可持續發展倡議組織（Cement Sustainability Initiative）今年4月份發布的一份報告指出，以目前的形勢來看，水泥行業與讓全球“實現2攝氏度目標”的軌跡并不一致。要實現這一目標，就“意味著要加大力度減少水泥生產商的排放”。
排放大戶
提及水泥，就不得不提波特蘭水泥。
這是世界上使用最廣泛的一種水泥類型，并且是許多現代建筑公司指定的產品。早在約200年前就已獲得專利，并成為建筑環境的重要組成部分。此后，該產品的生產過程幾乎沒有改變，加州大學洛杉磯分校土木與環境工程教授Gaurav Sant介紹道，“盡管流程效率有所提高，但總的來說并沒有大的改變。”
不過，這對氣候而言卻是個大問題，因為波特蘭水泥在生產過程中會釋放大量的二氧化碳。水泥行業巨大的碳足跡部分源于其極高的燃料需求，而這些需求主要是通過化石燃料得以滿足。然而，超過一半的二氧化碳排放量——據估計可能高達三分之二——實際上來自于化學生產過程本身，其作為副產品會釋放大量的二氧化碳。
波特蘭水泥主要是由石灰石生產的，而石灰石又是一種主要由被稱為碳酸鈣的化合物組成的巖石。普林斯頓大學土木與環境工程專家Claire White表示，為了生產粘性極高的水泥，石灰石必須在1500攝氏度左右的高溫下加熱。
她指出，強烈的加熱過程本身就需要大量的燃料。但加熱過程也會導致石灰石發生化學分解，留下一種叫做氧化鈣的化合物（這種化合物被用于最終的水泥產品中），同時將二氧化碳氣體釋放到大氣中。
用于制造水泥的特定配料，以及其長期保持不變的事實，使水泥行業在應對氣候變化上面對著不同尋常的挑戰。實際上，解決水泥問題并沒有單一的解決方案，這需要包括材料使用和制造過程本身的重大變化在內的多種方案共同起作用。
減排努力
近年來，這一問題引起了主要國際組織的關注，其中一些組織目前正就如何減少碳排放向水泥行業提出建議。
國際能源署等4月份發布的報告中就包含了一份低碳技術路線圖，其目標是到2050年將水泥行業的排放量減少24%。此外，該報告還概述了各種有助于實現這一目標的戰略——從替代燃料到碳捕獲技術，再到水泥產品本身的新化學配料。
其實，世界各地的研究小組已經在著手解決其中的許多問題。一些研究小組正在研究水泥配料，以減少進入水泥中的“熟料（需要石灰石加熱的物質）。
作為普林斯頓大學的可持續水泥組織的負責人，White正帶領其團隊成員研究如何徹底消除對熟料的需求。她指出，使用其他物質可以生產類似水泥的產品，包括從其他行業回收的副產品，如鋼渣、燃煤設施的粉煤灰或某些類型的黏土。再用一種特殊化合物——堿金屬來處理這些物質“可以使粉末起反應，” White說，“而且我們可以在分子水平上形成與波特蘭水泥混凝土相類似的成分。”
盡管如此，人們仍在爭論到底有多少碳排放與堿活化水泥有關。White指出，這在一定程度上取決于生產過程中所用的堿的種類和用量，以及原料的運輸距離。她表示，據估計，與波特蘭水泥相比，這種新做法有可能減少高達40%~80%的排放量。
除此之外，還有一些研究人員正專注于不同的策略。Sant正與一個研究團隊合作開發一種他們稱之為“CO2NCRETE”的產品。這一過程依賴于“碳回收再利用”，即利用工業活動中捕獲的二氧化碳排放，來生產出一種類似水泥的、潛在的碳中性的建筑材料。
CO2NCRETE工藝是獨一無二的，Sant表示，因為它可以原樣利用捕獲的碳排放，而無需額外的處理。其他專家指出，混凝土可以自然吸收二氧化碳。雖然這是一個緩慢的過程，但在幾十年的過程中，它可能首先會通過石灰石加熱過程吸收大量排放到大氣中的排放物。
雖然不同的研究小組關注的點不同，但國際能源署的技術路線圖建議，盡快減少排放，以幫助實現全球氣候目標，需要多種策略的共同努力。White認為，這可能是最成功的方法。
“不久的將來，哪些東西可以提供幫助，哪些東西我們可以使用，在這些方面都可能會出現領先者，但這并不意味著我們不該考慮更多的創新材料，”她說。“為了與混凝土行業相關的可持續發展問題進行戰斗，我們需要考慮的不僅僅是一項技術。”
道阻且長
如今，人們對研究和開發越來越感興趣，但實施這些解決方案仍然障礙重重。其中之一便是缺乏政策激勵措施，以說服水泥生產商投資新技術。
碳排放上限或碳定價系統是最常被討論的解決方案之一。然而，即使是在存在這種框架的地方，也可能會出現問題。比如，歐盟排放交易系統（EU ETS）就曾因向包括水泥生產商在內的“污染大戶”提供免費碳排放額度而飽受批評。
當然，還存在其他挑戰。Sant指出，水泥行業是一個高度保守的行業。建筑物和橋梁等基礎設施的建設，引起了人們對其安全性的極大關注以及對引入較新、經過較少驗證的材料的高度擔憂。
“因為我們一直在使用這種材料，所以很多用戶對它都有信心，”Sant表示。這可能使這個行業比其他行業更抗拒創新。
在建筑法規方面，政府監管機構也同樣保守。在美國，歐洲和許多其他發達國家，這些法規一般都是基于波特蘭水泥，White指出。在建筑項目中使用不同的產品可能需要獲得相應監管機構的批準，而這有可能不那么容易實現。
“這一領域正在積極開展工作，試圖為規范組織提供必要的信息，從而有助于他們增加規范，以便在建筑材料方面進行更多的創新，”她說。這就意味著，在展示這些新產品是安全的同時，還需要對如何減少工業排放提出新的想法。
2018年6月末，世界水泥協會（WCA）首屆全球氣候變化論壇在法國巴黎召開。在這次論壇上，該行業領先者和科學家們共同商討了減少該行業碳足跡的策略，將為WCA一項氣候行動計劃的制定有所裨益。該協會計劃于9月份發布的這項計劃，旨在為低碳水泥的生產指明道路。
“全球氣候變化論壇明確表示，如果我們想要實現《巴黎協定》的氣候目標，就必須促進創新，”WCA氣候變化項目主任Bernard Mathieu在一份聲明中如是說。
如今，水泥行業正開始采取更多的行動，專家們也在探索各種不同的方法可能會使“低碳水泥”這條路走得更為順暢。
“你想要改變，但是改變不可能一夜之間發生，”Sant說。“能夠評估低風險和高風險的路徑，這樣才能真正創建一系列解決方案，而不僅僅是針對特定事情的一個具體方案。”■