混凝土是现代城市建筑不可或缺的建造材料，硅酸盐水泥（也称为波特兰水泥）是混凝土的主要成分，也是混凝土碳排放的主要来源。根据CarbonBrief，全球水泥行业贡献的碳排放总量达到了8%。由此可见，减少混凝土碳足迹最有效的方法之一，就是减少制造混凝土时的水泥用量。
随着世界各国的水泥和混凝土协会竞相承诺在年之前实现碳中和，越来越多的材料创新技术正在水泥和混凝土行业里涌现。本文介绍了6个较为典型的案例，尽管这些新技术大多很难达到全面替代传统水泥的规模水平，但它们可以为相关行业争取更多时间，并开拓更多行业的转型思路。
用吸碳矿物封存碳排放英国伦敦帝国理工学院的两名博士生SamDraper和BarneyShanks开发了一种特别的混凝土生产方法，他们利用捕获而来的工业排放物和吸碳矿物橄榄石（一种镁与铁的硅酸盐）制成的二氧化硅，可以取代混凝土中高达40%的水泥含量。不仅如此，根据介绍，剩余60%水泥相关的碳排放还能与被二氧化硅封存的二氧化碳相互抵消，因此这种混凝土可以让碳排放“自产自销”，实现材料整体的碳中和。
这种水泥替代品有两个明显优势，其一是两个原材料都很好获取且储备丰富，因此成本很低且易于规模化生产，其二是这种技术可以无缝集成到现有的混凝土生产环节中，不会造成太大的改动成本。因为有显著减少建筑碳排放的潜力，年，这项技术获得了国际建筑奖项OBEL奖。
用藻类“种”出生物石灰石来自博尔德科罗拉多大学博尔德分校的研究人员开发了一种利用藻类制造碳中和甚至负碳混凝土的方法。他们让藻类通过光合作用自然产生石灰石（或碳酸钙），当这种“生物石灰石”被烧制成水泥时，它们所能释放的二氧化碳量仅相当于藻类在生长时从大气中吸收的量，因此材料烧制过程不会产生额外的碳排放。如果水泥混合物中的填充物（磨碎的石灰石）也能被该替代品所取代的话，那这种材料甚至可以“倒吸”一部分碳排放。
根据项目研究人员的估计，来自藻类的生物石灰石在理想情况下将每年避免20亿吨二氧化碳排放到大气中，并可能额外封存2.5亿吨二氧化碳。目前，该研究项目组正在当地能源部门的资金支持下尝试扩大以生物石灰石为原材料的硅酸盐水泥生产规模，同时积极研究用藻类生产生物燃料等其他产品的方式，希望将这项技术应用到更多领域。
将微生物转化为碳酸钙建筑师GingerKriegDosier在了解珊瑚礁和贝壳的形成过程后得到灵感，开发出了一种用微生物制造碳酸钙（石灰石的主要组成部分）的工艺。该工艺将骨料（碎石、沙子等）与微生物细菌、营养物质、钙和碳源以合理比例相结合，并利用细菌的代谢能量将钙和碳源转化为碳酸钙架构。
目前，Dosier已经成功用这种微生物转化而来的碳酸钙制造出了第一款产品：一种名为Biolith的水泥瓷砖。这种瓷砖与传统水泥瓷砖不同，其生产不需要高温且可以在几天之内实现固化，相比传统水泥数周的固化时间可以大大节省工期，同时大幅度降低生产碳排放，以自然方式“培育”出来的产品质地也更坚固。不过，瓷砖的市场毕竟是有限的，达不到大规模替换和减碳的作用，所以Dosier也在继续开发可用于预拌混凝土等产品的工艺，希望将这种技术应用到市场份额更大的水泥产品中，提高替代规模。
钢业废渣变身高抗压混凝土由总部位于蒙特利尔的Carbicrete公司所开发的混凝土生产方式结合了钢铁工业的废渣和从工业工厂捕获的碳。与传统混凝土相比，Carbicrete的混凝土可以有同等或更好的耐久度、吸水性能和抗冻融性，同时，含有钢铁废渣的混凝土的抗压强度可以提高30%左右。
遗憾的是，这种技术还存在一定的局限性。例如，在应用范围上，该技术目前只能用于制造预制板和混凝土砌体单元；在原料上，由于每年的钢渣产量低于水泥需求量，这种混凝土只能满足一小部分市场需求。此外，这种生产技术需要依赖于其他行业的工业排放，这意味着该技术只是减少了新进入大气的碳排放量，但不会减少大气中已有的二氧化碳。不过，如果有朝一日这项技术能发展到直接在空气中吸取二氧化碳的话，以此方式生产的混凝土就有可能升级为“碳负”型的建筑材料。
纹理独特的贝壳混凝土我们曾经为大家简单介绍过Newtab-22设计工作室利用从海鲜和水产养殖业中回收的废弃贝壳开发的类似于混凝土的可持续材料SeaStone（海石）。该工艺主要利用的是贝壳中富含的碳酸钙成分，将研磨后的贝壳与天然无毒粘合剂混合，再添加到模具中凝固成混凝土状碎片。通过该技术生产的混凝土具有水磨石般的质感，以及各不相同的纹路和颜色，非常具有艺术性。
该技术的优点和缺点都很明显，从优点来看，它可以移除大量贝壳垃圾，同时替代许多小型产品设计中需要的混凝土材料，既减少废弃物又减少碳排放；从缺点来看，由于这种材料基本不使用热、电和化学处理，没有经过真正的烧制，所以缺乏真正传统混凝土的强度和耐久性，因此目前仅限于非结构性应用，如瓷砖、花瓶、底座等装饰品。
靠3D打印“瘦身”的混凝土板苏黎世联邦理工学院的研究人员没有改变混凝土本身的成分，而是决定直接改变传统建筑产品里的混凝土含量。他们研发了一种能结合3D打印混凝土和模板铸造的系统“FastComplexity”，也就是在模具中装满不同形状、大小的模板元件，然后在它们周围浇筑混凝土并使其固化，从而生产出可以减少70%混凝土使用量的预制混凝土板。
3D打印所用的模板元件是由可回收矿物泡沫制成的，形状也基于力学做了优化设计，可以在保持必要强度和绝缘性的同时大幅减轻重量。此外，由于3D打印的过程中很少会产生“边角料”，该系统对材料的浪费率也很低。当混凝土板使用周期结束后，这些材料还能被回收并重新打印。当然，目前这种技术还不能实现大规模生产，但它这种给混凝土产品“减负”的思路仍然可以给人们带来极大启发。
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文丨朱琳
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