據外媒報道，作為全球廣泛使用的材料，水泥對環境的影響很大，約佔二氧化碳排放量的8%，但科學家希望通過調整配方來解決這個問題。一個研究小組現在想出了一個替代方案，利用採礦廢料在生產過程中減少碳排放達三分之二，同時滿足傳統波特蘭水泥的性能要求。
新的低碳水泥是由德國馬丁路德·哈勒維騰貝格大學和巴西帕拉聯邦大學的研究人員開發的，他們瞄準了石灰石，一種生產傳統波特蘭水泥的關鍵成分。這種材料首先需要從地球上提取，粉碎並在高溫下烘烤，這本身就是一個能源密集型過程。
但是，當石灰石被處理並變成被稱為熟料的小塊，作為磨碎的水泥粉末的前體時，它釋放出其儲存的碳。這些碳本來會被安全地鎖在地球上，但隨着越來越多的石灰石被挖出並烘烤成水泥生產的燃料，它反而大量地進入了大氣。
德國馬丁路德·哈勒維騰貝格大學地球科學和地理研究所的Herbert Pöllmann教授解釋說：“傳統上，波特蘭水泥是使用包括石灰石在內的各種原料製成的，這些原料被燒製成所謂的熟料。在這個過程中，碳酸鈣被轉化為氧化鈣，釋放出大量的二氧化碳。”
這將石灰石置於限制水泥碳足跡的努力的前沿和中心，我們已經看到了一些有趣的潛在替代品的出現，比如使用火山岩代替的想法。這項新研究的作者正在探索一種名為鋁土礦的原材料的潛力，它具有水泥生產所需的特性，但也是最常見的鋁礦，這意味着它已經受到高度追捧，而且供應有限。
這使該團隊找到了一種鋁土礦的覆蓋層–一種位於鋁土礦上方的材料，在採礦作業中無論如何都需要拉上來–稱為Belterra粘土。
“這種粘土層可以達到30米厚，覆蓋在地球熱帶地區的鋁土礦床上，例如在亞馬遜盆地，”Pöllmann解釋說。“它含有足夠的鋁含量的礦物，以確保良好的水泥質量。它也可以大量提供，並且不需要額外處理就可以進行加工。”
該團隊的新配方並沒有完全摒棄石灰石，而是用Belterra粘土取代了50%至60%的石灰石。但這有一個額外的好處，它不僅將碳儲存鎖在地下，而且需要更低的溫度來處理，需要在1250°C下烘烤，這比傳統的波特蘭水泥低約200°C。
Pöllmann說：“我們的方法不僅在化學轉化過程中釋放更少的二氧化碳，而且在加熱迴轉窯時也是如此。”
總的來說，該團隊計算出，新的水泥配方在生產過程中可減少三分之二的碳排放。嚴格的實驗室測試表明，它可以勝任這項工作，滿足了傳統波特蘭水泥的所有性能標準。作為下一步工作的一部分，科學家們現在正在調查在德國是否有Belterra粘土的來源，可以用於生產他們的新型水泥。
這項研究發表在《可持續材料與技術》雜誌上。