人妻少妇激情,精品无码A片,亚洲无码中文字幕日韩,日本久久高清视频

標(biāo)題：Building materials could store more than 16 billion tonnes of CO₂ annually

作者：Elisabeth Van Roijen[加州大學(xué)]；Sabbie A. Miller[加州大學(xué)]；Steven J. Davis [斯坦福大學(xué)]

期刊：Science

類(lèi)型：Research article

時(shí)間：2025.1.9

鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8594

引用：Elisabeth Van Roijen et al.,Building materials could store more than 16 billion tonnes of CO₂ annually.Science387,176-182(2025).

建筑環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)材料的數(shù)量和相對(duì)壽命可能使它們成為CO₂去除的重要媒介。盡管其中許多材料目前都是CO₂凈排放源，但 Van Roijen 等人概述了其中幾種材料如何幫助將碳鎖定數(shù)十年（參見(jiàn) Bataille 的觀點(diǎn)）。通過(guò)對(duì)成分進(jìn)行相對(duì)較小的改變，例如在混凝土中使用富含碳的骨料或使用生物質(zhì)纖維基磚，即可實(shí)現(xiàn)碳儲(chǔ)存的轉(zhuǎn)型。實(shí)施作者建議的所有修改可以封存大約一半的年度CO₂排放量，并且可能是實(shí)現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵策略。

實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放可能不僅需要降低排放，還需要部署CO₂去除技術(shù)。我們研究在建筑材料中儲(chǔ)存CO₂的年度潛力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在新的基礎(chǔ)設(shè)施中用CO₂儲(chǔ)存替代品完全取代傳統(tǒng)建筑材料每年可以?xún)?chǔ)存多達(dá) 166 ± 28 億噸CO₂——約占 2021 年人為CO₂排放量的 50%?？們?chǔ)存潛力對(duì)所用材料規(guī)模的敏感度遠(yuǎn)高于對(duì)每單位質(zhì)量材料儲(chǔ)存的碳量的敏感度。此外，建筑材料的碳儲(chǔ)存庫(kù)將隨著對(duì)此類(lèi)材料的需求而增長(zhǎng)，這可能會(huì)減少對(duì)更昂貴或?qū)Νh(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更大的地質(zhì)、陸地或海洋儲(chǔ)存的需求。

為限制全球氣溫上升和穩(wěn)定氣候，需實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放或通過(guò)去除等量的溫室氣體來(lái)平衡人為CO₂排放。難以脫碳的來(lái)源可能需要通過(guò)直接從大氣中去除CO₂（carbon dioxide removal，CDR）并存儲(chǔ)來(lái)平衡其持續(xù)排放。相比之下，點(diǎn)源CO₂捕獲和儲(chǔ)存（carbon capture and storage，CCS）僅在捕獲來(lái)自生物質(zhì)燃燒等近期存在于大氣中的CO₂時(shí)對(duì)CDR有貢獻(xiàn)。建筑材料由于其巨大的數(shù)量和長(zhǎng)久的使用壽命，成為理想的碳儲(chǔ)存庫(kù)。1900年至2015年間生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施材料累計(jì)質(zhì)量與人類(lèi)食品、動(dòng)物飼料及能源資源總質(zhì)量相當(dāng)，并且建筑材料通常能使用數(shù)十年，有助于長(zhǎng)期封存溫室氣體，提供氣候效益。因此，將建筑材料設(shè)計(jì)為碳匯是一個(gè)有效的策略，無(wú)需額外開(kāi)發(fā)大規(guī)模碳儲(chǔ)存系統(tǒng)，同時(shí)避免了CCS技術(shù)帶來(lái)的環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)。這使得建筑環(huán)境成為減少溫室氣體的重要領(lǐng)域。

建筑材料生產(chǎn)每年產(chǎn)生35億至110億噸CO₂e，占全球溫室氣體排放的10%到23%。不包括能源相關(guān)排放，建筑材料生產(chǎn)在2016年貢獻(xiàn)了約1.8 Gt CO2，約占全球排放的5%。新興技術(shù)的應(yīng)用旨在通過(guò)改變材料成分和制造方法來(lái)吸收CO₂或CH₄，從而逆轉(zhuǎn)部分工藝排放。例如，研究探討了木材作為碳匯的潛力以及替代水泥對(duì)減少混凝土碳排放的作用。本研究評(píng)估了混凝土、磚塊、瀝青、塑料和木材等常見(jiàn)建筑材料的碳儲(chǔ)存潛力，基于2016年的消費(fèi)水平，并假設(shè)所有碳均來(lái)自大氣且儲(chǔ)存為永久性。我們的估計(jì)基于傳統(tǒng)材料被含有生物碳或關(guān)鍵礦物的替代品取代的程度。我們假設(shè)使用階段的排放可忽略不計(jì)，且壽命終結(jié)時(shí)的填埋產(chǎn)生的溫室氣體排放極小。未來(lái)的研究應(yīng)考慮使用階段及拆除過(guò)程中的排放與吸收情況。此外，一些公司已進(jìn)行中試規(guī)模示范，表明其替代材料相比傳統(tǒng)材料大幅降低了碳足跡，并在某些情況下實(shí)現(xiàn)了從大氣中凈去除碳?？紤]到替代材料相關(guān)的不確定因素，我們也確定了實(shí)現(xiàn)凈碳去除的最大允許排放量。

我們確定了不同建筑材料每單位碳儲(chǔ)存的相關(guān)機(jī)制和量級(jí)（圖 1）。盡管生物基塑料每公斤材料的儲(chǔ)存潛力最高，但由于與所有其他建筑材料相比產(chǎn)量相對(duì)較小，它們對(duì)總潛力的貢獻(xiàn)最小。相反，混凝土中的骨料具有最低的儲(chǔ)存潛力之一（<1 kg CO₂/kg）；但由于全球需求規(guī)模巨大，它們具有最大的總潛力?？紤]到這些權(quán)衡，適合快速市場(chǎng)滲透和大規(guī)模擴(kuò)展的領(lǐng)域可能帶來(lái)比推動(dòng)任何單一材料碳儲(chǔ)存方案的最大程度吸收更大的氣候效益。

研究顯示，這些材料累計(jì)可儲(chǔ)存高達(dá)16.6 ± 2.8 Gt CO₂，相當(dāng)于2021年全球人為CO₂排放量的約50%。其中，混凝土和瀝青中使用的骨料貢獻(xiàn)了最多的儲(chǔ)存量，為11.5 ± 1 Gt CO₂，這主要?dú)w功于其大量使用。通過(guò)特定組合（如鎂橄欖石基水泥與生物炭填料），水泥可實(shí)現(xiàn)高達(dá)2.6 ± 1.1 Gt CO₂的儲(chǔ)存潛力。磚塊作為第二大儲(chǔ)碳材料，通過(guò)生物質(zhì)纖維和礦物碳化，能儲(chǔ)存約2 Gt CO₂。增加木材消費(fèi)量20%，結(jié)合良好的森林管理和生產(chǎn)實(shí)踐，還能額外儲(chǔ)存0.45 ± 0.09 Gt CO₂。而生物基塑料和瀝青粘合劑由于消耗量低，儲(chǔ)存潛力較小，不到總儲(chǔ)存量的5%。

由于可以?xún)?chǔ)存碳的材料種類(lèi)繁多，并且這些材料每單位質(zhì)量的碳含量也各不相同，我們測(cè)試了估計(jì)的儲(chǔ)存潛力對(duì)不同建模假設(shè)和與不同材料相關(guān)的實(shí)施水平的敏感性（圖 2）。我們的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論：儲(chǔ)存碳和減少排放的最大驅(qū)動(dòng)因素是消耗的材料質(zhì)量，其中混凝土生產(chǎn)用骨料和水泥的消耗量最高（圖 2，分別為 A 和 B），其次是磚和瀝青骨料。假設(shè)碳含量越高，儲(chǔ)存量也就越大，但總儲(chǔ)存潛力主要與材料需求水平有關(guān)。

建筑對(duì)材料的大量需求是碳儲(chǔ)存潛力的主要驅(qū)動(dòng)力。我們?cè)u(píng)估了資源可用性，但未包括可碳化水泥和磚塊，因缺乏穩(wěn)健生產(chǎn)途徑。骨料碳礦化途徑考慮了多種工業(yè)廢料（如赤泥、高爐礦渣等）及報(bào)廢混凝土，可提供1 Gt CO₂儲(chǔ)存量。然而，未來(lái)資源供應(yīng)可能變化，需進(jìn)一步探索大規(guī)模節(jié)能碳化工藝。生物質(zhì)纖維替代15%磚塊、生物油替代瀝青、生物基塑料替代所有塑料僅需使用5%年度農(nóng)業(yè)殘留物；15%水泥用生物炭替代需額外24%農(nóng)業(yè)殘留物。即便實(shí)施所有生物質(zhì)策略，仍有71%農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品可用于其他用途。生產(chǎn)生物炭還能產(chǎn)生合成氣和生物油等副產(chǎn)品，但當(dāng)前生物炭生產(chǎn)和使用非常有限，2021年產(chǎn)量為0.4 Mt，而實(shí)現(xiàn)模擬的碳儲(chǔ)存需600 Mt。擴(kuò)大生物炭生產(chǎn)時(shí)，必須確保其能凈去除大氣中的碳，并滿(mǎn)足物理要求。我們的資源需求估計(jì)基于1:1的碳替代率，任何效率低下導(dǎo)致的材料浪費(fèi)都會(huì)增加需求。詳細(xì)敏感性分析見(jiàn)數(shù)據(jù)S6。

除了原料資源數(shù)量外，替代技術(shù)的地理分布也很關(guān)鍵。碳化水泥和碳酸鹽基骨料所需的礦物質(zhì)通常位于地表深處難以獲取，而更容易獲取這些礦物的地區(qū)如暴露于地表的大陸洪流玄武巖及鹽湖等更適合新技術(shù)的發(fā)展。東南亞和非洲因未來(lái)對(duì)水泥和混凝土需求的增長(zhǎng)，可能利用當(dāng)?shù)氐暮榱餍鋷r和鹽湖資源。歐洲由于有豐富的硅酸鹽巖石礦藏和老化的基礎(chǔ)設(shè)施，具有較大的碳化潛力。農(nóng)業(yè)廢棄物如亞洲的小麥、稻草以及美國(guó)的玉米秸稈和巴西的甘蔗渣，可轉(zhuǎn)化為生物炭用于水泥復(fù)合材料生產(chǎn)，主要產(chǎn)自中國(guó)、印度和美國(guó)。這些生物質(zhì)廢棄物也可用于磚塊生產(chǎn)（主要在中國(guó)和印度）或制造塑料（約70%產(chǎn)自亞洲和美國(guó)）。合理利用這些資源對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑材料中的碳儲(chǔ)存至關(guān)重要。

根據(jù)IPCC AR6，為實(shí)現(xiàn)2100年全球升溫控制在1.5℃和2℃以下的目標(biāo)，需通過(guò)CDR技術(shù)去除累計(jì)最多660 Gt和290 Gt的CO₂。這需要除了快速脫碳策略外，還要依賴(lài)于CDR技術(shù)來(lái)抵消最難減排的排放。盡管全球人口和富裕程度的增長(zhǎng)可能推動(dòng)材料需求增加，但我們假設(shè)建筑材料總量保持在2016年的水平（木材除外，預(yù)計(jì)增長(zhǎng)20%以符合可持續(xù)林業(yè)實(shí)踐）。如果全面過(guò)渡到碳儲(chǔ)存替代品，到2025年、2050年或2075年將分別能儲(chǔ)存至少1380 Gt、920 Gt和460 Gt的CO₂，超出1.5℃和2℃目標(biāo)所需量。然而，生產(chǎn)這些碳儲(chǔ)存材料（如可碳化水泥）可能比傳統(tǒng)材料消耗更多能源，例如開(kāi)采氧化鎂或氧化鈣及處理CO₂等步驟。因此，雖然未建立與能源相關(guān)的排放模型，但生產(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一定能源相關(guān)排放，而不會(huì)影響總體減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

除了能源相關(guān)排放，原料資源限制也是實(shí)現(xiàn)CDR所需存儲(chǔ)水平的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。我們?cè)u(píng)估了使用當(dāng)前可用資源的潛力，包括用碳酸鹽基骨料替代10%的傳統(tǒng)骨料、15%磚塊使用生物質(zhì)纖維、完全過(guò)渡到生物基塑料、采用生物油基瀝青粘合劑以及6%-15%水泥使用生物炭填料。到2045年和2090年全面實(shí)施這些技術(shù)，可分別滿(mǎn)足1.5℃和2℃情景的中值目標(biāo)。

盡管這些原料資源可用于建筑材料，但它們也可能被用于其他領(lǐng)域，如能源生產(chǎn)或動(dòng)物飼料。例如，生物炭可通過(guò)慢速熱解最大化生成，而非產(chǎn)生較少炭的氣化過(guò)程。同時(shí)，高爐礦渣等礦物廢料若作為補(bǔ)充膠凝材料，則不能用于碳酸鹽基骨料。原料需求的變化可能導(dǎo)致意外后果（如因生物質(zhì)消耗增加導(dǎo)致的土地利用變化）。因此，需持續(xù)努力開(kāi)發(fā)可持續(xù)的耕作和材料生產(chǎn)方法，并準(zhǔn)確核算溫室氣體通量及其他環(huán)境影響。

建筑材料中碳儲(chǔ)存量主要受消耗材料數(shù)量的影響，未來(lái)材料消耗的估計(jì)對(duì)結(jié)果至關(guān)重要。政策激勵(lì)可通過(guò)提高回收率、再利用率或降低材料強(qiáng)度來(lái)減少需求，例如改進(jìn)材料效率策略可減少未來(lái)需求約26%。然而，人口增長(zhǎng)預(yù)計(jì)會(huì)增加材料消耗，如水泥消耗量可能增長(zhǎng)23%。材料消耗還受原料成本、原油價(jià)格、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新的影響。例如，歐洲綠色協(xié)議工業(yè)計(jì)劃可能增加生物基材料的需求。我們?cè)谘芯恐羞M(jìn)行了敏感性分析，評(píng)估了到2100年材料消耗±20%變化對(duì)儲(chǔ)存潛力的影響，發(fā)現(xiàn)每年總儲(chǔ)存量可能在13.2至近20 Gt CO₂之間。若所有技術(shù)在2050年前實(shí)施，到2100年的累計(jì)儲(chǔ)存量將因材料需求變化而波動(dòng)±14%。特別針對(duì)塑料的分析顯示，其對(duì)總碳儲(chǔ)存的貢獻(xiàn)可能從不到1%增至接近5%，即到2100年每年額外增加0.6 Gt的碳儲(chǔ)存潛力。完整結(jié)果見(jiàn)數(shù)據(jù)S4和S8。