【明日科學報導/編輯室報告】

混凝土是用途最為廣泛的人造材料,在全球的消耗量僅次於水。但是其中的關鍵成分水泥,卻具有巨大的碳足跡,根據倫敦非政府智庫皇家國際事務研究所(Chatham House)的數據,水泥約占全球二氧化碳排放量 8%。如果水泥行業是一個國家,它將僅次於中國和美國,成為世界第三大排放國,比航空燃料(2.5%)貢獻更多的二氧化碳,僅次於全球農業(12%)。

水泥的碳排放主要來自於水泥熟料(clinker)的製造。熟料的製程需要在高溫的圓柱狀窯中鍛燒石灰石與其他原料,從而生成氧化鈣與二氧化碳。鍛燒過程佔了生產水泥碳排放的一半,另外 40% 的碳排放會在燃燒燃料時產生。換言之,約 90% 的碳排放都是生產熟料造成的,其餘的 10% 則來自採石、運輸、磨碎與準備原料及調配比例等步驟。

今年在波蘭舉行的聯合國氣候變遷會議 COP24 中,全球水泥與混凝土協會(Global Cement and Concrete Association, GCCA)討論如何減少碳排放,並表示要達到巴黎協定的目標,2030 年水泥年排放量至少需下降 16%。不過過去數十年間,水泥產業以提升能源效率和燃燒廢棄物取代化石燃料等方式,已將平均碳排量減少 18%。因此皇家國際事務研究所認為水泥業已經瀕臨減碳極限,需要思考全新的製程,才可能達成巴黎協定的減碳目標。

美國新創公司 bioMason 仿效珊瑚的生長過程來製作混凝土磚。創辦人兼執行長金潔·竇希爾(Ginger Dosier)十多年前便開始尋找各種建材的綠色替代品,唯獨在磚塊與石材碰壁,這項經驗成了幾年後她開始研究環境友善石材的濫觴。

bioMason 製造磚塊的過程從將沙粒裝入模具開始,再放入一種稱為 Sporosarcina pasteurii 的細菌,並供應帶有適當成分與養分的水。沙粒成了碳酸鈣結晶依附的骨架,在室溫下經過 2~5 天,結晶長大到填滿沙粒間空隙後,便完成磚塊,水還可以回收再生產下一批磚塊。只要更換模具便能製造不同形狀的磚塊,調整成分還可以做出特殊功能,例如帶螢光或遇濕變色的磚塊。

這種新的製磚方式或許可以解決碳排放的問題,但仍必須面對一些難題,例如產業龍頭傾向保守、生產規模、產品開發與行銷難兼顧,這些因素讓生態磚難以進入市場。但值得樂觀的是,數位化、機器學習以及永續發展的觀念普及,都與新製程一同撼動水泥產業。