Вокруг

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4574 (2023) Цитировать эту статью

1378 Доступов

16 Альтметрика

Подробности о метриках

Рост городского населения и ухудшение инфраструктуры приводят к беспрецедентному спросу на бетон, материал, которому нет альтернативы, способной удовлетворить его функциональные возможности. Производство бетона, в частности гидравлического цемента, который склеивает материал, является одним из крупнейших в мире источников выбросов парниковых газов (ПГ). Хотя это хорошо изученный источник выбросов, последствия эффективных конструктивных решений по смягчению этих выбросов еще недостаточно известны. Здесь мы показываем, что сочетание производственных и инженерных решений потенциально может сократить более чем на 76% выбросы парниковых газов при производстве цемента и бетона, что эквивалентно сокращению выбросов на 3,6 Гт в эквиваленте CO2 в 2100 году. Изученные методы аналогичным образом приводят к повышению эффективности. использование ресурсов за счет снижения спроса на цемент до 65%, что приведет к ожидаемому снижению всех других экологических проблем. Эти результаты показывают, что гибкость существующих подходов к проектированию бетона может способствовать смягчению последствий изменения климата, не требуя крупных капиталовложений в альтернативные методы производства или альтернативные материалы.

Материалы на основе цемента необходимы для городского развития, и не существует альтернативного материала, отвечающего их функциональным возможностям1,2. Существует несколько применений цемента в таких материалах, например, в бетоне и строительном растворе (все композиционные материалы, в которых используется цемент, называются здесь бетоном, что является его наиболее распространенным применением). По мере роста населения мира будет расти развитие, обслуживание и расширение городских территорий; прогнозные оценки показывают, что к 2030 году в городских районах будет проживать почти на 1 миллиард (на 22% больше, чем в 2018 году)3. При таком росте городов спрос на бетон будет продолжать расти, причем темпы будут превышать темпы роста населения4.

Бетон обладает уникальными возможностями для удовлетворения потребностей многих объектов гражданской инфраструктуры и строительных систем благодаря широкой доступности основных компонентов бетона, а также прочности и долговечности, достижимых с помощью этого материала1,2. Бетон состоит из мелких и крупных заполнителей (песка и щебня), воды, добавок и гидравлического вяжущего вещества (цемента), которое вступает в реакцию с водой и склеивает эти компоненты в искусственный конгломерат. Значительные выбросы парниковых газов (ПГ) связаны с производством материалов на основе цемента, что составляет около 8% глобальных антропогенных выбросов CO25, что в первую очередь является функцией производства клинкера (прекурсора цемента). Клинкер — это обожженный и закаленный материал, для создания желаемого минералогического состава которого требуются высокие температуры, что приводит к выбросам, связанным с топливом для тепловой энергии, а также химическим выбросам CO2 в результате декарбонизации известняка при его производстве.

Общество должно достичь нулевых выбросов парниковых газов к 2050 году, чтобы ограничить потепление на 1,5 °C выше доиндустриального уровня6, а для этого отрасли, «трудно поддающиеся декарбонизации», такие как производство цемента и бетона7, должны найти пути смягчения последствий. Существует несколько широко обсуждаемых стратегий снижения этих выбросов, включая использование альтернативных видов топлива, использование более эффективного оборудования, улавливание, использование и хранение углерода (CCUS) или снижение спроса на клинкер за счет использования дополнительных вяжущих материалов (SCM)8,9. . Технологии CCUS недостаточно хорошо известны в отрасли10, и хотя альтернативные цементы и заполнители были предложены11,12,13, их эффективность может снижаться из-за доступности ресурсов, затрат или отсутствия риска в отрасли14,15. Крайне важно, что повышение эффективности использования материалов, при котором для достижения тех же характеристик используется меньше материалов, является ключевым шагом в смягчении воздействия производства материалов на окружающую среду16,17,18. Этот шаг следует использовать в унисон с альтернативными материалами с низким уровнем выбросов для преодоления проблем, связанных с выбросами парниковых газов в антропогенной среде.