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利用海水、电力和二氧化碳直接制成的水泥砂替代品

文章来源：新能源网更新时间：2025-03-21 15:05:00

这种奇怪的白色糊状物看起来相貌平平，但它可能有助于解决沙子短缺问题，同时使水泥生产过程能够捕获二氧化碳而不是排放二氧化碳。西北大学的科学家利用海水、电和二氧化碳生产出了这种物质。

由海水、电力和二氧化碳制成的新型负碳材料样本

混凝土是地球上使用最广泛的人造材料——这很可惜，因为制造混凝土也是污染最严重的过程之一。更糟糕的是，从全球范围来看，它需要大量的沙子，而从海岸、海底和河床开采沙子越来越困难（从经济和环境角度来看）。

西北大学发明的一种不起眼的新材料可以帮助解决这两个问题。它由不同比例的碳酸钙和氢氧化镁组成，制作起来非常简单——只需取一些海水，通电，然后通入一些二氧化碳。

研究小组称，整个过程与珊瑚和软体动物建造壳的过程类似。他们是这样做的：水箱里的两个电极发出低电流，将水分子分解成氢气和氢氧离子。当加入二氧化碳气体时，水的化学成分会发生变化，增加碳酸氢根离子的含量。这些氢氧根离子和碳酸氢根离子与海水中的其他天然离子发生反应，产生聚集在电极上的固体矿物质。

最终的结果是一种多功能的白色材料，它不仅可以储存碳，还可以替代水泥中的沙子或砾石，还可以为石膏和油漆等其他建筑材料形成基础粉末。

有趣的是，研究人员发现，可以通过调节二氧化碳和海水的流速、时间和持续时间以及电压和电流来调整这种材料。

通过调整制造工艺，研究人员可以制造出具有不同特性的材料，用于不同的用途

“当我们生成这些材料时，我们可以完全控制它们的属性，例如化学成分、尺寸、形状和孔隙率，”这项研究的主要作者亚历山德罗·罗塔·洛里亚 (Alessandro Rotta Loria) 表示。“这让我们能够灵活地开发适合不同应用的材料。”

这一工艺比制造这些建筑材料的常规方法环保得多。它不仅减少了从自然环境中开采大量沙子的需要，而且唯一的气态副产品是氢气，氢气本身可以被捕获用作清洁燃料。制造这种材料所用的二氧化碳甚至可以来自普通水泥生产中的排放，在这种情况下，该工艺可以使普通水泥作为副产品变得更加环保。

“我们可以创造一种循环，从源头封存二氧化碳，”罗塔·洛里亚说。“如果混凝土和水泥厂位于海岸线上，我们可以利用它们旁边的海洋为专用反应堆提供能源，二氧化碳通过清洁电力转化为可用于建筑行业各种应用的材料。然后，这些材料将真正成为碳汇。”

海水、电力和二氧化碳……这些都不是稀有或昂贵的投入品。当然，这一过程需要在工业规模上、在商业时间表上证明自己，并经受住会计师的严格审查，但在我们看来，这确实是一项具有巨大潜力的创新。

如果事实证明，这种人工碳捕获砂替代品比大规模运输实际砂子更便宜，那么它将为脱碳做出有意义的贡献——但它本身并不能生产出完全绿色的水泥。下一阶段——将砂子与石灰石一起研磨，并在窑炉中加热至 1400°C (1670 °K) 以上——产生了大部分碳排放。

该研究发表在《先进可持续系统》杂志上。

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