水泥產業是國家基礎工業之一，舉凡大樓、橋梁、隧道等建築皆須要使用水泥製造。隨著全球人口增加，全球水泥與混凝土協會（GCCA）預測，2050年全世界所需要的建築當中，有四分之三目前仍未建造。由此可見，全球對水泥仍將有十分可觀的需求。
問題是，製造水泥是高碳排產業。根據麥肯錫（McKinsey）數據，全球7%碳排來自於水泥製造，是碳排放量最高的產業之一。例如在澳洲，每生產1公噸水泥，就會釋放出0.82公噸二氧化碳。為了對抗氣候變遷，世界各國陸續宣示2050淨零排放，水泥產業將是實現這項倡議的關鍵所在。
全球水泥與混凝土協會提出2050年水泥及混凝土的淨零排放計畫，承諾10年內將水泥碳排放量減少25%。那麼，水泥產業該如何減碳？
《華爾街日報》報導：Building Green: New Technologies to Create Less Polluting Cement
水泥製造有3步驟，90%溫室氣體來自熟料燒成
首先，我們得了解水泥的製程。
目前全球廣泛使用的水泥屬於波特蘭水泥，製程可以分為3個步驟：生料研磨、熟料燒成、水泥研磨。生料研磨過程中，製造廠先混合石灰石、黏土、矽砂與鐵渣等原料成為生料；接著進入熟料燒成製程，生料被送入旋窯、以攝氏1,450至1,500度高溫將其燒至半熔融狀態，再加以冷卻，便成為熟料。至於最後一步-水泥研磨流程，製造廠將熟料研磨至標準細度，水泥就此完工。這種水泥製程已經沿用千年，但水泥製造商正在尋找改變的方式，以求降低製程的碳排。
在這3個製程當中，90%碳排來自於熟料燒成階段。在這期間，生料加熱變成熟料，其中有三分之二碳排來自於石灰石加熱所釋出的二氧化碳，剩下三分之一則來自於加溫時所燃燒的煤礦。若能在此階段下功夫，就能帶來顯著效果。以下4種方式，是水泥業者在嘗試的減碳方式。
提高效率：用AI計算燃料用量，能降低數萬噸碳排
最直觀的作法，就是提升舊有製程的能源效率。水泥製造業最主要問題之一是燃料浪費，英國新創Carbon Re使用AI與機器學習計算，試圖提高製造廠的燃料使用效率。這款AI能根據燃料來源、生產目標等多元資訊，精算最佳燃料用量，就算每次燒製都只節省數個百分點，累積的減碳量仍舊很可觀。Carbon Re聯合創辦人Adian O'Sullivan表示，每節省2%燃料，每家工廠就能降低數萬噸碳排。
碳捕存：每年吸收40萬噸二氧化碳，運到海床存放
另一個做法，就是不改變舊有製程，但是使用碳捕捉與封存技術（CCS，Carbon Capture and Storage），捕獲製程中產生的二氧化碳並存放，避免溫室氣體被排放到大氣中。碳捕捉與封存指的是收集工廠產生的二氧化碳，使用高壓將其壓縮成液態後，再透過管線等方式運輸到合適場址封存；透過這種方式，可將二氧化碳封存上千年，甚至是永久。
根據全球的2050淨零碳排路徑，到2030年，全球水泥業需要封存約8%碳排。雖然目前封存的二氧化碳數量仍微乎其微，但水泥產業已經起身開發相關技術。如海德堡材料公司（Heidelberg Materials）是全球產量名列前茅的水泥製造商之一，它們正在建造碳捕捉與封存相關設施，計畫明年年底前啟用，預計每年可以吸收40萬噸二氧化碳，將是全球首座應用於水泥工廠的碳捕捉與封存設施。海德堡材料公司使用胺捕獲（amine capture）方法，利用醇胺水溶液捕獲二氧化碳，液化之後，再與殼牌、道達爾與Equinor等石油公司合作，運輸到挪威周邊海床永久存放。
新燃料：使用太陽能加熱，溫度能達到燃燒煤炭程度
水泥製造商也可以從熟料製程的燃料下功夫，達到減碳目標。因為熟料製造需要大量能源，對溫度穩定性的要求也高，因此製造商喜歡用發熱穩定，成本又低的煤礦作為燃料。但是全球最大水泥製造商之一Cemex正與太陽能技術開發商Synhelion合作，研擬開發使用太陽能代替煤礦的產熱技術。
去年，兩家公司在西班牙實驗以太陽能為能源製造熟料。它們使用鏡子反射太陽光，將光線集中到Synhelion太陽能接收器中，為水泥窯爐加熱到將近攝氏1,480度，成功做出熟料。這兩家公司並計畫在2030年使用該技術量產水泥，並嘗試導入儲存熱能系統，期望能實現全天候生產。Synhelion也計畫在系統中增加碳捕獲設備，吸收製程中石灰石所釋放的二氧化碳。
新材料：用鹵水與爐渣做水泥，更可吸收二氧化碳
最後一個方式，就是改變水泥的材料，以避開製造熟料的製程。巴哈馬新創Partanna使用海水淡化廠所產生的鹵水，以及鋼鐵製造廠產生的爐渣，將其混合並製造新型態的水泥。鹵水與爐渣都是製程的廢棄物，它們可以在一般的環境溫度下混合，不需要使用高溫，因此能節省製造高溫所產生的碳排。另外，這兩種材料發生化學反應時，還會吸收空氣中的二氧化碳，跟傳統水泥的熟料製程相反。
Partanna表示，這種新型水泥與傳統水泥一樣堅固，而且由於它是使用鹵水作為原料，如果暴露在海水中，它會變得更堅固，因此適合用於海堤與沿海地區的建築，帶來防洪的效益。
總結而言，傳統的波特蘭水泥製程會排放大量的二氧化碳，特別是熟料製造的過程。透過提高能源效率、碳捕捉、使用新燃料，甚至是使用新材料的方式，都能降低製程的碳排。雖然這些技術尚未用於商業化大規模量產，但如果未來成功商用，將有機會帶來龐大的減碳效益，離2050淨零碳排更進一步。
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責任編輯／郭家宏
