每年在建筑项目中使用十立方公里的混凝土，相当于珠穆朗玛峰的体积，导致大量排放。但是一种新的环保水泥可能有助于减少我们的全球气候足迹。

“建筑行业会排放大量 CO 2 ”，SINTEF 研究员 Simone Balzer Le 说道，他是目前正在开发一种名为 BioZEment 的生物水泥的跨学科研究团队的成员。“作为混凝土粘合剂的水泥的生产仅占全球温室气体排放量的 5% 以上”。

无排放 – 无变暖

在传统的水泥生产中，石灰石被加热到 1450 度的温度。该过程称为煅烧，并导致以 CO 2的形式释放大量温室气体 (GHG) 排放物。

“目前有很多方法可以减少这些数量”，Balzer Le 说。“我们的选择包括捕获 CO 2气体、用另一种粘合剂部分替代水泥，或者寻找一种无需加热即可制造水泥的方法。这是我们在 BioZEment 开发中使用的方法，”她说。

如果研究人员成功推进最后一种方法，它可能会对减少建筑部门产生的温室气体排放量产生巨大影响。

以细菌为基础的混凝土由沙子、精细研磨的石灰石和两种特定的细菌组成，与水、尿素和细菌的养分混合。这是她实验室里的 Simone Balzer Le。照片：Håvard Egge。

“我们的估计表明，与传统水泥相比，使用这种材料最多可以减少 80% 的全球排放，尽管 BioZEment 不能以其目前的形式用于所有建筑应用。然而，这将是能够促进建筑行业的集体努力，以减少CO 2排放量。

细菌代替加热

该过程首先以传统方式混合研磨的石灰石颗粒和沙子。但不是加热石灰石，而是添加了特定的细菌，研究人员在挪威 Verdal 的一个石灰石采石场附近发现了这种细菌。

我们的估计表明，与传统水泥相比，使用这种水泥可以将全球排放量减少多达 80%。

“细菌产生有机酸，包括乳酸和乙酸”，Balzer Le 说。“这些有助于降低混合物的 pH 值，从而部分溶解石灰石，释放钙离子和碳酸盐”。

“第二步包括在模具中将沙子与另一种形式的细菌混合，然后用部分溶解的石灰石和尿素的制备混合物喂养它。这些细菌会产生一种酶来分解尿素，从而导致 pH 值再次升高。在这种条件下，钙与碳酸钙晶体一起形成，正是这些晶体在细菌混凝土中充当粘合剂”，她解释说。

干燥后，模具中的材料变成固体。从本质上讲，这种方法是众所周知的生物地球化学过程的延伸，称为微生物诱导方解石沉淀 (MICP)。由于天然矿物质和细菌代谢之间的相互作用，碳酸钙沉淀。MICP 被美国公司 bioMASON 用于制造和稳定底土。

模具中的细菌和沙子的混合物加入细磨的石灰石，该石灰石部分被另一种细菌和含有尿素的溶液溶解。两种细菌的相互作用导致碳酸钙晶体沉淀，并将沙粒结合在一起。干燥后，从模具中取出一小块混凝土。照片：Håvard Egge。

“我们方法的优点是钙和碳酸盐都来自石灰石，与另一种仅从尿素中获取碳酸盐的常用 MICP 形式相比，这使我们能够减少尿素的使用，”Balzer Le 说。

从做砖开始

研究人员一直在研究应用该技术的多种不同方式。最直接的方法很可能是制造基于细菌的砖，其制造成本可能仅比标准砖高出约 10%。

“制造砖块将使我们能够开发该工艺，但我们也在研究这种材料的更多商业应用，以降低生产成本”，Balzer Le 说。“最现实的情况是制造商业制造的砖，可以直接从工厂运输到建筑工地”，她说。

实用且可回收

现在说这种生物水泥在质量方面的表现还为时过早。

“它不会像传统混凝土那样坚固，但在某些应用中，它的材料强度可能会绰绰有余”，Balzer Le 说，并补充说有许多潜在的方法可以使 BioZEment 混凝土更坚固。其中包括使用源自木材的铝或纤维素纤维的各种类型的增强材料，这两种材料都将使该材料适用于许多不同的应用。

研究人员还认识到回收 BioZEment 的潜力。

“这将减少原材料的使用，使我们成为一个非常令人兴奋的研究领域”，Balzer Le 说。