水泥的重要性和水泥行业的未来

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。

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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。