打造零碳水泥，人工智能來幫忙

水泥生產(chǎn)的過程中會排放大量二氧化碳，然而全球多數(shù)主要城市對于住房及公共建筑的需求仍不斷增長，該趨勢與國際間減少溫室氣體排放的共識相悖，如何在水泥產(chǎn)業(yè)中減少二氧化碳的排放已成為各界關(guān)注的重點。

根據(jù)美國管理咨詢公司麥肯錫（McKinsey）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球約有7％的人為碳排來自水泥業(yè)，這也使得水泥成為重工業(yè)中碳排量最高的產(chǎn)業(yè)之一。全球水泥與混凝土協(xié)會（GCCA）水泥創(chuàng)新暨環(huán)境、社會與公司治理（ESG）部門負責(zé)人洛雷亞（Claude Loréa）表示，就算時至2050年，全球仍將有3/4的公共建設(shè)等待施建，預(yù)計水泥的用量將持續(xù)增長。

《華爾街日報》解釋，目前各國廣泛使用的水泥為波特蘭水泥（Portland Cement），該水泥在制程時會先以粘土、石灰石等原料研磨成生料，接著再以約1500°C的高溫將生料放入水泥窯爐中制成熟料，水泥生產(chǎn)商最后會將熟料進行研磨，透過加入硅砂、爐石及水等物質(zhì)混合成常見的波特蘭水泥。

該報進一步指出，目前水泥業(yè)所產(chǎn)生的二氧化碳有90％是在熟料燒成階段釋放，其中石灰石加熱所釋出的二氧化碳約占2/3，剩下1/3則由煤礦燃燒時產(chǎn)生。

考慮到水泥制程時所產(chǎn)生可觀的二氧化碳，部分水泥及建材業(yè)界現(xiàn)階段已開始尋求渠道改變。《華爾街日報》等外媒對此介紹“提高能源效率”、“使用清潔能源”、“替代性原料”幾種業(yè)界嘗試的水泥減碳方式，盼能有效降低碳排并實現(xiàn)2050凈零排放目標(biāo)。

01 提高效率：運用人工智能減少水泥碳排

英國人工智能（下稱AI）材料科學(xué)新創(chuàng)公司Carbon Re使用AI及機器學(xué)習(xí)（ML）的算法分析來加快水泥等建材脫碳的效率，以此優(yōu)化水泥工業(yè)制程及燃料的使用。

Carbon Re共同創(chuàng)辦人奧沙利文（Adian O'Sullivan）表示，水泥行業(yè)面臨的主要問題即是燃料的浪費，尤其多數(shù)的水泥生產(chǎn)廠都會使用過量或質(zhì)量參差不齊的煤炭來生產(chǎn)熟料，過程中便會導(dǎo)致大量二氧化碳的排放。

根據(jù)Carbon Re官網(wǎng)解釋，該新創(chuàng)公司主要采用AI數(shù)字對映（Digital twin）模式來分析水泥窯爐及相關(guān)設(shè)備的控制系統(tǒng)，以這種數(shù)字化模擬的過程來給定水泥生產(chǎn)系統(tǒng)「最少燃料消耗、最大產(chǎn)出量」的最佳參數(shù)。

“AI在水泥產(chǎn)業(yè)的運用進展較為緩慢，然而Carbon Re所采用的AI機器深度學(xué)習(xí)（DL）能有效提高水泥工廠的運作效率，并為工廠操作員提供更明確的制程操作建議，最重要的是在整個生產(chǎn)過程中能源的消耗及二氧化碳排放都將顯著減少。”奧沙利文在該公司官網(wǎng)這般寫道。

奧沙利文另舉例，只要每家水泥工廠能降低2％的燃料消耗，積沙成塔下全球便有機會減少數(shù)百萬噸的碳排放，倘若該AI模式能進一步運用到占總體碳排放量約20%的重工業(yè)，則對于全球能源消耗及碳排的減少更會是一大益處。

02 新燃料：太陽能也能生產(chǎn)水泥熟料

德國《太陽能雜志》（PV Magazine）指出，總部位于瑞士的太陽能新創(chuàng)公司Synhelion已與墨西哥建材供貨商Cemex合作，自2022年開始共同在西班牙馬德里一帶建造高聚光的太陽能接收器，欲藉此生產(chǎn)不含化石燃料的水泥熟料。

圖說：synhelion公司利用光電生產(chǎn)水泥熟料。圖為鏡面將太陽輻射集中到synhelion的太陽能塔接收器。

Synhelion執(zhí)行官安布羅塞蒂（Gianluca Ambrosetti）解釋，太陽能接收器可提供足夠的熱能來產(chǎn)生混凝土熟料，其運作原理是在相關(guān)設(shè)備上安裝鏡面來反射日光，當(dāng)光線集中至Synhelion的太陽能接收器頂部后便能使水泥窯爐增溫到約1482°C，從而在不使用化石燃料加熱的狀況下生成熟料。

該公司亦進一步說明，傳統(tǒng)熟料通常于1500°C的水泥回轉(zhuǎn)窯爐生產(chǎn)，在制程中不僅極為耗能且會排放大量二氧化碳，然而Synhelion與Cemex共同研發(fā)的這項技術(shù)能在高度熟料煅燒的過程中將殘存的二氧化碳有效分離及捕集，且中間不須實行其他步驟額外處理碳排。

《太陽能雜志》透露，Synhelion與Cemex近期亦獲得美國能源部320萬美元的經(jīng)費支持，盼研究出更高效的熱能儲存系統(tǒng)并加速其量產(chǎn)進程，2家公司的目標(biāo)是在2030年之前實現(xiàn)以太陽能制成水泥熟料的商業(yè)量產(chǎn)。

03 新材料：以“天然物質(zhì)”發(fā)展全球首創(chuàng)負碳排技術(shù)

據(jù)美國新聞網(wǎng)站《石英財經(jīng)網(wǎng)》（Quartz）報導(dǎo)，巴哈馬新創(chuàng)公司Partanna跳脫傳統(tǒng)使用波特蘭水泥作為膠凝黏合劑的建材模式，轉(zhuǎn)而研制出一種負碳排（Carbon Negative）的建筑材料，此種黏合劑能使建物在整個生命周期中持續(xù)吸碳，類似林木所擁有的固碳能力。

《石英財經(jīng)網(wǎng)》表示，Partanna研發(fā)的此項技術(shù)為全球首創(chuàng)，該黏合劑是利用海水淡化廠產(chǎn)生的鹵水（Brine）及鋼鐵煉制過程中所出現(xiàn)的礦渣組合而成的新型水泥。

Partanna共同創(chuàng)辦人兼首席執(zhí)行官?？怂梗≧ick Fox）表示，當(dāng)二氧化碳接觸到由鹵水和礦渣所制成的天然混合物時，可加工形成一種與傳統(tǒng)水泥同等用途的黏合劑?！拔覀冊谡Ｊ覝叵鹿袒@種混合物，因此就算在生產(chǎn)水泥的過程中也不會產(chǎn)生多余熱量。”?？怂谷绱苏f道。

此外，傳統(tǒng)混凝土長期接觸海水后黏著強度將逐漸減弱，但由于Partanna黏合劑是以鹵水作為原料，該材料在受海水影響后的黏著強度反而比傳統(tǒng)水泥高出25％，預(yù)計該建筑材料有助于低洼沿海地區(qū)抵御氣候變遷沖擊。

出生于巴哈馬的?？怂箤Υ朔Q：“2019年來襲的颶風(fēng)多利安（Hurricane Dorian）對我的家鄉(xiāng)巴哈馬帶來嚴重的傷害，因此我相信最容易受到氣候變遷影響的地區(qū)，更需要這種堅固的建筑材料來保障巴哈馬人民的安全。”

Partanna官方網(wǎng)站另強調(diào)，一棟以鹵水黏著劑建造、面積為1250平方英尺的房屋預(yù)計可除去大氣中182.6噸的二氧化碳，相當(dāng)于5200棵成熟樹木每年的吸碳量。Partanna也與巴哈馬政府合作，目前該國有約1000棟房屋皆以此種鹵水黏著劑建成，同時Partanna也與美國拉斯韋加斯（Las Vegas）的飯店業(yè)者討論在未來建案中使用該新型水泥的可能性。