創新碳負排放建材：讓混凝土與水泥更環保
隨著全球氣候持續暖化，科學家們正積極探索如何從大氣中捕捉二氧化碳（CO2）並將其深埋地下。然而，這種方式雖有助於減緩氣候變遷，卻未能充分利用大氣中龐大的CO2資源。為此，美國西北大學的研究團隊開發了一種全新的碳負排放建材，不僅能永久封存CO2，還能將其轉化為有價值的材料，用於製造混凝土、水泥、石膏和油漆等建築材料。
這項研究發表於《先進永續系統》期刊，題為「利用海水電化學沉積技術捕捉CO2」。研究團隊利用海水、電力和CO2，開發出一種新型建材，其生產過程還能釋放氫氣——一種清潔能源，可用於交通運輸等多種領域。研究負責人、西北大學土木與環境工程助理教授Alessandro Rotta Loria表示：「我們開發了一種新方法，可以利用海水製造碳負排放的建築材料。」
傳統的混凝土、水泥、油漆和石膏通常由鈣基和鎂基礦物組成，這些礦物多來自於砂石。目前，砂石主要透過開採山脈、河床、海岸和海底獲得。然而，研究團隊與全球建材公司Cemex合作，提出了一種替代方案：無需開採地球資源，而是利用電力和CO2在海水中生長出類似砂石的材料。
研究團隊將電極插入海水中並通電，將水分子分解為氫氣和氫氧根離子。隨後，他們向海水中注入CO2，改變了海水的化學成分，增加了碳酸氫根離子的濃度。最終，氫氧根離子與碳酸氫根離子與海水中的鈣、鎂等離子反應，生成固體礦物，如碳酸鈣和氫氧化鎂。這些礦物不僅能直接作為碳匯，還能進一步與CO2反應，封存更多碳。
研究團隊發現，透過控制電壓、電流、CO2注入速率、時間以及海水迴圈等因素，他們可以精確調控這些礦物的成分、大小、形狀和孔隙率。這使得這些材料能夠根據不同應用需求進行定製。例如，這些材料可用於混凝土中，替代砂石或碎石，或直接用於製造水泥、石膏和油漆等建築材料。
研究顯示，這種材料能夠封存超過其重量一半的CO2。例如，由一半碳酸鈣和一半氫氧化鎂組成的材料，每公噸可封存超過半公噸的CO2。此外，Rotta Loria強調，這種材料不會降低混凝土或水泥的強度。
研究團隊建議，這種技術可應用於高度模組化的反應器中，而非直接投入海洋，以避免對生態系統和海洋生物造成幹擾。Rotta Loria表示：「這種方法能讓我們完全控制水源和排放水的化學成分，並在經過適當處理和環境驗證後，再將其排回海洋。」
根據世界經濟論壇的資料，水泥產業是全球第四大碳排放源，佔全球CO2排放量的8%。若加上混凝土生產，這一數字更高。Rotta Loria認為，將部分CO2重新注入混凝土和水泥中，可以創造更永續的建築和製造材料。他表示：「我們可以建立一個迴圈系統，直接在源頭封存CO2。如果混凝土和水泥廠位於海岸線附近，我們可以利用鄰近的海洋，將CO2透過清潔電力轉化為建材，這些材料將真正成為碳匯。」
