碳排放 on 土木坛子

水泥的重要性和水泥行业的未来

Mon, 17 Jun 2013 06:00:26 +0800

混凝土是世界上使用最广泛的土木工程材料，这得益于它便宜的价钱、巨大的产量。几乎是常识，制造混凝土需要水泥（还有水和砂石骨料）。但是，水泥被全世界许多人们认定为CO2（二氧化碳）碳排放量巨大的建筑材料，因为在生产水泥的过程中，燃料燃烧和石灰石煅烧分解的确会排放CO2（更不消说落后水泥厂的粉尘污染），大约一吨水泥会排放一吨CO2. 整个全球水泥行业排放的CO2总量，约占全世界非人为CO2排放量的5-8%，这不是一个小数字。

也许会有人会说：人类能否找到替代水泥的更好的建筑材料？比如木材、钢材等。事实上这不可行，以木材为例，全球每年的木材消耗量远远超过重新植树的数量，有些地方甚至不能轻易获得木材作为主要的建筑材料，例如：非洲和中国的许多地方。至于钢材，它本身的价格相对水泥要贵得多，而且生产钢材的过程中也产生大量CO2. 事实上，水泥的生产过程相比较其它材料，其能源消耗并不高（混凝土更低）。

可以这样说，几乎无法找到完全替代水泥的建筑材料，这是由地球上的资源情况所决定。地球的地壳成分中，O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg八种元素几乎占了98%，而这8种元素正是水泥的主要成分，要找到一种替代材料，也必然要包含这8种元素。

从长远来看，由发展中国家的城市化发展以及世界人口的增长速度来看，整个世界依然需要大量的水泥作为建筑材料。比如，在未来几十年来里，来自印度、中国等发展中国家的水泥需求量几乎要翻番。

既然我们依然需要使用水泥作为大量的建筑材料，我们如何能减轻CO2排放量？水泥行业的未来是什么样？虽然公众未必知晓，整个水泥行业和水泥科研领域却做了大量的工作，也取得了不小的成绩。

从水泥生产行业来说，一方面，水泥生产企业尝试使用垃圾（甚至有毒）作为燃料，比如用废旧的汽车轮胎作为燃料来生产水泥。在中国的三峡大坝地区，有人尝试，将三峡水库中漂浮的木材收集起来作为水泥生产的燃料。另一方面，整个水泥生产工艺也一直在优化过程中。欧洲的众多水泥生产企业能达到80%的能耗效率，这个成绩即使是以纯理论观点来看，也是一个了不起的成绩。

科研工作者们一直在研究如何减少使用水泥熟料。一个方法是使用辅助胶凝性材料（Supplementary Cementitious Materials）。辅助胶凝性材料通常是工业废料或者生产水泥的原材料，比如高炉矿渣、石灰石粉末（正是煅烧它才产生CO2）、火山灰、硅灰、天然火山灰。这些辅助胶凝性材料和水泥两掺或者三种材料混合使用，能够取代部分水泥熟料，并在工程性能上没有损失（有时在耐久性方面甚至有提高）。

但是，即使是辅助胶凝性材料，它们的数量也是有限的。有些地区并不一定能方便地获得辅助胶凝性材料，例如，如果一个地方没有炼钢厂，就不太可能有矿渣，将来甚至炼钢行业进行大革新，从而不再产生矿渣。针对这种情况，有研究者们试图利用几乎没有储量限制的钙化粘土。这些钙化粘土含有的高岭土成分具有类似水泥基材料的特性。在古巴进行的研究表明，用钙化粘土取代30%的水泥，获得了与波特兰水泥混凝土同等的3天强度，这说明钙化粘土如果能有效加以利用，在未来具有良好的使用前景。

总体来说，水泥是一种非常重要的建筑材料。对于未来水泥行业的CO2排放量，人类并不必过分担心。

英文原文：The importance of cement and its future

杞人忧天

Thu, 13 Jun 2013 06:00:13 +0800

上周去Brussels参加一个有企业参加的会议，看到比利时BESIX建筑公司真的在计算混凝土的CO2排放量，他们会给业主提供各种混凝土的CO2排放量，看来欧洲建筑行业不是把减轻碳排放量放在嘴上和研究领域。

最近，中国环境保护部出了一份《中国环境状况公报-2012》，在空气质量方面，报告显示“执行《环境空气质量标准》（GB3095-2012）后，达标城市比例仅为40.9%；113个环境保护重点城市环境空气质量达标城市比例为88.5%，按环境空气质量新标准评价，达标城市比例仅为23.9%。”

不到四分之一的大城市居民能呼吸到清洁空气，报告没有提及哪些城市具有新鲜空气，这是批评的艺术，指出哪些城市有新鲜空气也就指出其它城市没有新鲜空气。除了空气污染外，“全国三成的主要河流为污染或严重污染，超过五成的地下水检测点水质较差或极差（分别为40.5%和16.8%）。”

要是水污染了，还可以买水喝，可是空气污染了呢？室内装个空气净化器，室外呢？如果连分分秒秒都需要的新鲜空气都没有了，谁赚的钱多不过是买的棺材更豪华一些。

算了，我是杞人，在忧天。我的老家还没有工业，所以暂时污染不严重。我想好了，大不了我回老家放牛，还可以每年不费劲地喝到老家的山茶。然后，就像我的同乡谭国清先生所说，老死后埋在老家山上的某棵映山红树下，让我的儿子带着儿子的儿子，每年清明节时来看我。

第13届国际水泥化学大会之杂谈[中]

Mon, 14 Nov 2011 07:01:04 +0800

中国这次参与第13届国际水泥化学大会（International Congress on the Chemistry of Cement）的人员很多。清华大学、东南大学、南京工业大学、华南理工大学、武汉理工、湖南大学、济南大学、中国建筑材料研究院、中国铁道科学研究院等科研单位和学校都派有人员参加，这是一般国际会议看不到的场面。

具体到个人，70多岁的东南大学教授孙伟院士，国际有名的史才军教授，香港科技大学的李宗津教授，华南理工大学材料工程学院院长余其俊教授等，都参加了会议。很巧的是我和这些国内来的人员居然住在同一个酒店：一下子与这些牛人们有了这么近的距离，孙院士居然就住在我的隔壁，还见到了陈伟老师——虽然我早已看过他的博士论文，刚开始见面时，根本就没有想到对方是谁。在特殊的场合真的很容易见面，因为行业的圈子并不大。

在这次大会上，中国成功申请到了第14届ICCC大会主办权，将于2015年在北京召开。这次参与申请的还有澳大利亚，墨西哥，巴西三个国家，中国得到这个成功申请的结果并不容易。虽然中国的水泥产量近30年世界第一，但这是中国连续5次申请此大会的主办权唯一成功的一次！第一次没有重视，第二次也没有申请上，第三次被一不喜欢中国的人搅局了，第四次非典时期国内未能亲自去参加申请，委托别人作的报告和申请，结果也是失败告终，中方曾一度放弃重新申请——这一次更是决定万一失败永不再申请。

今年这回由中国建筑材料研究院和中国硅酸盐协会牵头，国内30多所开设水泥研究专业的高校支持，并得到了科技部和北京市的支持，气势自然比以前比其它国家都要壮观，并且在建材院姚燕院长的亲自带队下，最终如愿以偿，也算是出了一口恶气。

第13届国际水泥化学大会之杂谈[上]

Sat, 12 Nov 2011 07:00:20 +0800

曾在7月份的时候参加过ICCC 13会议，即第13届国际水泥化学大会（International Congress on the Chemistry of Cement），这次是在西班牙的首都马德里召开。我本来是没有打算参加的，到了最后一天优惠报名的时候，我的导师说这个会议很重要，可以称之为水泥科研界的奥运会，场面很盛大，四年一次，能参加还是参加，于是我就去了。

去了之后，发现这确实是一次大会。5天里参会人员达到900多人，来自世界60多个国家和地区，收录的会议论文400多篇。会议的主题为：绿色节能，低碳CO2排放。我曾听到有人说现在发达国家制造“碳经济”来赚取发展中国家的财富——发展中国家比如中国只能买碳排放指标，我个人认为这种观点有些过左，至少在水泥科学研究领域，大家确实在倡导环保。

国际学术会议主要内容就是Presentation，每个人15分钟，如何在这么短的时间内讲好确实需要水平。语言自然是英语，而英语当然是英国和美国的天下，他们说得又好又快，毕竟是他们的母语。英式英语较生硬，美式英语则流利一些。北欧国家虽然不以英语为官方语言，但他们的水平也非常好，除了有一点点口音。印度人的英语非常好，我去年去美国接触到印度研究人员就知道他们的语言水平很高，本来英语在印度上就已经是事实上的官方语言，可以说是英国殖民统制给他们带来的好处。中国人的英语水平情况总体不是太好，不过在国外做学问的较国内的水平要好，女性又比男性好。

另外关于作报告方面，有一个严重的问题：国人还是经验不够，作报告的时候该说的可能没有说，不该说的又说得过多，更何况亚洲人说英语本来就说得慢且不流利，这样一来导致时间不够，对时间掌握非常不好。南京某大学一学生的结论都未来得及介绍，15分钟就结束了，由于他是第一天上午出场，所以主持人对时间控制非常严，时间一到，屏幕自动变黑，确实有点尴尬。另一位济南某大学的学生也是如此，作了过多的案例介绍，15分钟也很快就过去。这也就要求学术报告在内容上一定要精炼，对时间的把握必须要精准。