建筑环境——建筑和交通的基础设施——目前产生了全球二氧化碳排放的很大一部分，但新技术有可能将建筑环境从碳源转变为碳汇。

　　研究人员在最近发表在《能源研究前沿》(Frontiers in Energy Research)上的一篇观点文章中，就建筑行业如何采用新材料和新工艺来帮助减少或捕获和再利用二氧化碳排放提出了建议。

　　随着人类继续向大气中排放二氧化碳，使地球变暖并导致气候变化，美国和世界上许多其他国家正在承诺减少碳足迹。

　　建筑物和建筑部门每年约占全球能源相关二氧化碳排放量的39%，将建筑环境定位为脱碳工作的主要焦点。因此，美国联邦可持续发展计划提出了到2045年实现净零排放建筑的宏伟目标。

　　“从气候角度来看，我们的时间不多了。全球二氧化碳倡议主任、密歇根大学高级能源研究DTE能源教授、该研究的主要作者沃尔克·西克(Volker Sick)说:“我们不能再按照我们一贯的方式继续建设了。”

　　多学科团队强调，我们现在需要仔细考虑建设，因为基础设施的寿命通常是50到100年。

　　他说:“我们现在错过的任何机会，都将错过一个世纪。

　　目前，美国老化的建筑环境远远低于可持续性标准，在美国土木工程师协会2021年的基础设施报告中获得了C-。更换老化的基础设施提供了一个机会，可以战略性地思考如何在减缓气候变化的情况下发展建筑环境。

　　“我们的生活和工作空间可以从根本上改变应对气候变化的斗争，对后代起着关键作用。接受这些创新不仅在技术上有趣，而且对可持续发展的未来至关重要，”加州大学洛杉矶分校萨穆利工程学院罗纳德和瓦莱丽·休格院长、该研究的通讯作者阿-亨·“艾丽莎”·帕克说。

　　适应不断变化的气候和坚持新政策需要整个建筑环境生命周期的行业专业人士之间的合作——从采矿原材料到拆除。

　　没有单一的解决方案可以实现零碳建筑，甚至减少建筑环境中的二氧化碳排放。研究小组强调了在结构生命周期的四个阶段减少或捕获二氧化碳排放的新技术:加工材料、施工、建筑使用和拆除。

　　全球城市化趋势产生了对混凝土的巨大需求，但像普通波特兰水泥(一种混凝土成分)这样的传统材料具有高碳强度，每生产一吨水泥约排放0.6吨二氧化碳。

　　水泥的补充物，如粉煤灰——一种来自燃煤电厂的废料——已经被用来部分替代水泥，从而减少了对原材料开采的需求。然而，为了满足对混凝土的巨大需求，一种替代水泥必须在世界范围内大量可用。

　　基于这个原因，工程师们正在开发镁基水泥，而不是传统的钙基水泥，因为镁在地壳和海水中储量丰富。镁原料可以通过电化学途径无排放地收集，镁基水泥甚至可以从废水污泥中捕获。

　　钢铁是另一种高需求的材料，碳足迹很大，每吨粗钢铸件产生1.91吨二氧化碳。生物纤维、二氧化碳基聚合物纤维、碳纤维和碳纳米管已经作为钢铁替代品进行了测试，旨在减少二氧化碳排放，同时提高耐腐蚀性。碳纳米管可以由被塑料污染的海藻制成，这提供了废物升级回收的额外好处。

　　尽管在钢材替代品方面取得了进步，但在某些情况下，钢的强大强度和延展性使其不可替代。相反，改变钢铁制造过程可以帮助减少二氧化碳排放(例如，将燃料从焦炭和煤炭转换为天然气和生物质，用高效的电弧炉取代炉子，并在炼钢过程中加入氢)。

　　新材料带来了新的建筑技术。增材制造，通常被称为3D打印，伴随着精益生产以最大限度地减少浪费，可以帮助开发包含上述新材料的未来建筑和基础设施。

　　“混凝土3D打印提供了一个无与伦比的机会，可以推进新的建筑范式，利用低二氧化碳水泥、二氧化碳隔离填料和非常规生物基粘合剂等新材料的整合。

　　“这些材料不仅符合3D打印的性能要求，而且还引入了超越传统施工方法限制的可能性，”新墨西哥大学杰拉尔德·梅土木、建筑与环境工程系的杰出教授兼董事讲师马哈茂德·塔哈(Mahmoud Taha)说。

　　Taha补充说:“主要的障碍在于，在一个固有保守的行业中，催化这一突破需要大量投资。”

　　建筑技术也可以通过使用二氧化碳作为原料或捕获二氧化碳来积极减少二氧化碳的排放。二氧化碳的使用，就像在二氧化碳环境中养护混凝土一样，减少了材料的碳足迹，同时生产出更坚固的材料。

　　从建筑垃圾中捕获的二氧化碳直接将其转化为固体碳酸盐，这一过程被称为碳矿化。然后，这些固体碳酸盐可以作为建筑材料再循环到供应链中，或者储存起来用于深层二氧化碳封存。

　　“二氧化碳的捕获和利用为我们提供了帮助稳定气候的机会，并增加了急需的就业机会，特别是在世界上服务不足的地区。这些都是迫切的需要，需要迅速和大规模的行动。”

　　一旦建成，建筑环境继续消耗能源以容纳居住者或活动。在美国，建筑占用电量的四分之三，这为实施有影响力的能源使用变化提供了机会。

　　传感和计算能力的改进可以增加建筑物的需求灵活性，或者根据电网条件、当地气候或用户需求管理其能源需求的能力。

　　多功能材料也可以提高建筑的可持续性，比如屋顶和窗户上的太阳能电池可以在现场产生能量，或者相变材料作为隔热材料来改善热量调节。

　　更好的拆除做法可以帮助开发分离良好的废物流，以有效地回收材料，如用于能源使用的稀土元素或工业碱性废物(例如，钢铁渣、赤泥、废物转化为能源的灰烬、矿山尾矿或废混凝土)，通过矿化进行碳捕获。

　　乐观地说，到2050年，升级回收的废物总量每年可以回收多达60亿吨的二氧化碳。总的来说，创造建筑材料的循环将发展可持续的未来经济。

　　为了实现从碳排放产业到碳储存产业的转变，技术必须成熟——不断增长的供应链和制造基地——同时政策变化支持经济可行性。

　　更多信息:Ah-Hyung Alissa Park等人，未来100年及以后碳约束世界中建筑环境的挑战和机遇，能源研究前沿(2024)。DOI: 10.3389/ fengg .2024.1388516由密歇根大学工程学院提供引文:未来100年建筑行业二氧化碳的捕获和再利用机会(2024年，5月20日)检索自2024年5月21日https://techxplore.com/news/2024-05-capture-reuse-opportunities-sector-years.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。