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利用海水、電力和二氧化碳直接制成的水泥砂替代品

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-03-21 15:05:00

這種奇怪的白色糊狀物看起來相貌平平，但它可能有助于解決沙子短缺問題，同時使水泥生產(chǎn)過程能夠捕獲二氧化碳而不是排放二氧化碳。西北大學(xué)的科學(xué)家利用海水、電和二氧化碳生產(chǎn)出了這種物質(zhì)。

由海水、電力和二氧化碳制成的新型負碳材料樣本

混凝土是地球上使用最廣泛的人造材料——這很可惜，因為制造混凝土也是污染最嚴重的過程之一。更糟糕的是，從全球范圍來看，它需要大量的沙子，而從海岸、海底和河床開采沙子越來越困難（從經(jīng)濟和環(huán)境角度來看）。

西北大學(xué)發(fā)明的一種不起眼的新材料可以幫助解決這兩個問題。它由不同比例的碳酸鈣和氫氧化鎂組成，制作起來非常簡單——只需取一些海水，通電，然后通入一些二氧化碳。

研究小組稱，整個過程與珊瑚和軟體動物建造殼的過程類似。他們是這樣做的：水箱里的兩個電極發(fā)出低電流，將水分子分解成氫氣和氫氧離子。當(dāng)加入二氧化碳氣體時，水的化學(xué)成分會發(fā)生變化，增加碳酸氫根離子的含量。這些氫氧根離子和碳酸氫根離子與海水中的其他天然離子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生聚集在電極上的固體礦物質(zhì)。

最終的結(jié)果是一種多功能的白色材料，它不僅可以儲存碳，還可以替代水泥中的沙子或礫石，還可以為石膏和油漆等其他建筑材料形成基礎(chǔ)粉末。

有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)節(jié)二氧化碳和海水的流速、時間和持續(xù)時間以及電壓和電流來調(diào)整這種材料。

通過調(diào)整制造工藝，研究人員可以制造出具有不同特性的材料，用于不同的用途

“當(dāng)我們生成這些材料時，我們可以完全控制它們的屬性，例如化學(xué)成分、尺寸、形狀和孔隙率，”這項研究的主要作者亞歷山德羅·羅塔·洛里亞 (Alessandro Rotta Loria) 表示。“這讓我們能夠靈活地開發(fā)適合不同應(yīng)用的材料。”

這一工藝比制造這些建筑材料的常規(guī)方法環(huán)保得多。它不僅減少了從自然環(huán)境中開采大量沙子的需要，而且唯一的氣態(tài)副產(chǎn)品是氫氣，氫氣本身可以被捕獲用作清潔燃料。制造這種材料所用的二氧化碳甚至可以來自普通水泥生產(chǎn)中的排放，在這種情況下，該工藝可以使普通水泥作為副產(chǎn)品變得更加環(huán)保。

“我們可以創(chuàng)造一種循環(huán)，從源頭封存二氧化碳，”羅塔·洛里亞說。“如果混凝土和水泥廠位于海岸線上，我們可以利用它們旁邊的海洋為專用反應(yīng)堆提供能源，二氧化碳通過清潔電力轉(zhuǎn)化為可用于建筑行業(yè)各種應(yīng)用的材料。然后，這些材料將真正成為碳匯。”

海水、電力和二氧化碳……這些都不是稀有或昂貴的投入品。當(dāng)然，這一過程需要在工業(yè)規(guī)模上、在商業(yè)時間表上證明自己，并經(jīng)受住會計師的嚴格審查，但在我們看來，這確實是一項具有巨大潛力的創(chuàng)新。

如果事實證明，這種人工碳捕獲砂替代品比大規(guī)模運輸實際砂子更便宜，那么它將為脫碳做出有意義的貢獻——但它本身并不能生產(chǎn)出完全綠色的水泥。下一階段——將砂子與石灰石一起研磨，并在窯爐中加熱至 1400°C (1670 °K) 以上——產(chǎn)生了大部分碳排放。

該研究發(fā)表在《先進可持續(xù)系統(tǒng)》雜志上。

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