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工程19(2022)7新闻亮点建筑业创新旨在减少碳排放米奇·莱斯利高级技术作家Mjøstårnet是挪威布鲁蒙达尔市的一座浅金色建筑,只有18层,与现代摩天大楼相比相形见绌。它甚至不是挪威最高的建筑。但是,这座包括办公室、公寓和酒店的建筑之所以引人注目,还有另一个原因--它几乎完全是用木材建造的。而不是通常的钢或混凝土,建筑物较低的楼层,墙壁,楼梯和电梯井也是由木材建造的[3]。只有包含公寓的上层楼层是混凝土的,以增加稳定性并改善声学效果[4]。在2019年完工后的三年里,85.4米的Mjøstårnet是世界上最高的木结构建筑,但位于美国威斯康星州密尔沃基的Ascent MKE塔于仅在美国,目前就有超过1300座其他所谓的大型木结构建筑正在建设中,这些建筑用胶合木等工程木制品替代钢材和混凝土[6]。用木材建造摩天大楼只是减少建筑产生的大量温室气体的一种新方法其他正在开发或已经实施的战略包括在钢铁厂用氢气取代煤炭,以及重新设计混凝土板以使用更少的材料。华盛顿大学建筑学教授Kate Simonen说,现在解决这个问题至关重要,因为建筑业将在不久的将来激增,以适应人口增长和城市化,并为发展中国家提供更好的住房和基础设施‘‘Globally, the amount of building thatneeds to take place in the next few decades is phenomenal,” she据纽约咨询公司麦肯锡(McKinsey)称,专家们所说的建筑价值链--包括原材料的开采和加工,以及建筑物的建造、维护和运营--占全球温室气体排放总量的25&公司[7]。在建筑工地周围缓慢行驶的柴油动力挖掘机和推土机占了一部分,制造玻璃和地毯等室内材料的工厂也占了一部分但钢铁和混凝土是最大的气候罪魁祸首。建筑用钢生产约3.5%的glo,Fig. 1. 挪威的18层Mjøstårnet建筑的大部分强度来自工程木材,这些木材构成了所有的梁,柱和桁架。支撑其地板的木梁可达720毫米厚,建筑四角的四根柱子厚达1425毫米图片来源:Wikimedia Commons(CC BY- SA 4.0)。温室气体排放量为100%,混凝土生产泵出约4.5%[7,12]。工程木材可以通过减轻混凝土和钢铁的负荷来大量的木材在强度上可以与这些材料相媲美[6],并且可以显著减少碳排放。在2019年发表的一项研究中,Simonen及其同事计算出,用交叉层压木材(一种像胶合木这样的工程木材)https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.10.0012095-8099/©2022 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/engM. 莱斯利工程19(2022)78由混凝土制成[13]。法规正在演变,允许中等规模的大规模木结构。《国际建筑规范》是世界上大部分地区的标准,现在批准了高达18层的木结构建筑[14]。但建筑商们正在寻求更高的建筑--东京的70层木塔和伦敦的80层摩天大楼都在筹划之中。尽管有吸引力,大规模木材仍然占新建筑的相对较小的份额[1]。它的两个缺点是成本高,仍然超过传统材料,以及需要大量的木材 。 建 造 Mjøstårnet 和 附 近 较 小 的 建 筑 需 要 18000 棵 树 [1] 。Simonen指出,大规模的木材建筑只有在使用可持续管理的森林中生长的木材建造时才能降低碳排放。增加这种木材的供应需要时间,但在即使在未来几十年内出现工程木建筑热潮,世界仍将需要混凝土和钢材进行建筑。但专家说,改变这些材料的制造和使用方式可能有助于减少温室气体的产生。 混凝土行业致力于减少碳排放,自1992年以来,碳排放量增加了两倍[17]。全球水泥和混凝土协会是世界各国政府也在采取行动,或者至少承诺采取行动。2021年,使用美国第二多混凝土的加利福尼亚州通过了一项法律,要求水泥制造商到2045年达到净零碳排放[19]。世界上许多尽管如此,混凝土制造的脱碳仍然是一个巨大的挑战[22]。大部分混凝土对气候的影响来自其关键成分水泥的生产。制造最常用水泥的早期步骤包括在850-900 °C下蒸煮石灰石(主要是碳酸钙)以产生石灰和二氧化碳[11,23]。仅这一步就占水泥厂二氧化碳排放量和能源使用量的60%[23]。然而,下一步,将石灰与沙子和粘土混合并在窑中烘烤,也需要大量的能量将温度提高到1400 °C以上[11,23]。这一阶段的产品,称为熟料,进一步加工生产水泥,然后与水,沙子和砾石混合生产混凝土[11]。减少碳排放的想法并不缺乏从混凝土制造过程中。减少水泥或熟料的使用是一种策略。像燃煤电厂的飞灰这样的材料已经被添加到水泥中,这样就需要更少的熟料为了进一步减少所需的量,制造商可以包括更多的这些替代品,并混合更广泛的材料,如人造纤维[11]。另外,煅烧粘土和石灰石等替代品美国的几个州现在允许使用石灰石粉代替5%其他方法针对最大的二氧化碳来源,石灰石烹饪[25]。来自美国加州奥克兰 的初创公司Brimstone的水泥使用的不是石灰石,而是不会产生二氧化碳的硅酸钙-该公司甚至声称其水泥可以吸收空气中的二氧化碳[26]。重新设计结构也可以减少温室气体排放。例如,英国巴斯大学建筑与土木工程专业的读者Paul Shepherd和他的同事们已经修改了大多数建筑物的结构组成部分,即不起眼的混凝土楼板。谢泼德说,他和他的同事们创造的原型(图2)“以它想要的方式使用混凝土”。‘‘Concreteworks great in 弓形的图二、 由英国巴斯大学的Paul Shepherd和他的同事设计,这种弯曲的混凝土板比传统的板减少60%的温室气体排放。谢泼德正站在地板上。图片来源: University ofBath,with permission.它们的板允许混凝土抵抗压缩并减小其所承受的张力,从而允许板更薄。添加一个平的甲板以创建一个水平地板,管道、导管和布线可以在甲板和楼板之间的空间中通过,因此建筑物的高度不受影响。该团队的方法也放弃了浪费的浇筑过程,在这个过程中,混凝土被倒入模型中。相反,机器人通过喷涂一层又一层的混凝土来制造板,混凝土中浸渍有由玻璃纤维制成的增强材料[27]。谢泼德说,这些变化减少了75%的混凝土用量,减少了60%的碳足迹。尽管这些方法可能会减少混凝土行业这项技术从工厂排放的废气中提取碳,然后将其隔离,甚至转移塑料等产品[28]。其中一个储存地点可能是混凝土本身--一些公司正在测试他们是否可以将捕获的碳注入水泥中,以帮助水泥硬化。水泥行业已开始小规模使用碳捕获。2019年在中国开设了一家试点工厂[29],世界第二大水泥制造商德国海德堡水泥公司然而,批评人士指责依赖碳捕获是有风险的,因为该技术的记录不佳[31]。例如,最近对13个有前途的碳捕获项目的审查发现,两个项目失败了,其余大多数项目的碳去除量远远低于预期[32]。碳捕获也仍然昂贵。据估计,在混凝土行业实施CCUS将使水泥生产成本增加25%[11]。当涉及到脱碳时,钢会带来许多与混凝土相同的问题[22]。制造这两种材料都是能源密集型的,依赖于化石燃料,并且涉及产生大量二氧化碳的过程。但各种创新可以帮助减少钢铁的碳足迹。韩国汉阳大学地球资源和环境工程副教授Jinsoo Kim及其同事已经确定了86种可以减少钢铁碳排放的干预措施在最常见的炼钢过程中,排放最多碳的步骤发生在高炉中(图3),作为富氧铁矿石和一种称为焦化的煤的混合物煤可以达到2000 °C以上[11,34]。炼焦煤中的一氧化碳会带走铁矿石中的氧原子,产生二氧化碳和熔化的生铁--这一转化过程被称为还原。然后生铁经过进一步加工产生钢和更多的二氧化碳[35]。世界上大约5%的以这种方式形成的直接还原铁变成M. 莱斯利工程19(2022)79图三. 在钢铁厂高炉的火花中,铁矿石和炼焦煤正在发生反应,产生生铁和二氧化碳。在最普通的炼钢过程中,这一步产生的二氧化碳最多. Credit:Trineckézelezárny,withpermission.电弧炉中的钢[34]。这一过程产生的二氧化碳减少了40%[34]。然而,转向例如,在瑞典氢突破炼铁技术(HYBRIT)项目的一个试验工厂,风力涡轮机通过电解水产生氢气[34]。然后氢气进入熔炉并还原铁矿石,产生水作为副产品[31,35]。这种方法将炼钢过程中的二氧化碳排放量减少了97%[11]。HYBRIT工厂于2021年完成了第一批钢铁[35],类似的试点工厂正在其他国家运营[36]。氢的可用性仍然是这种方法的障碍,战略大学钢铁技术和创新网络(SUSTAIN)的项目经理Richard Curry说,SUSTAIN是一个由英国斯旺西大学的工业和学术研究人员组成的联盟。相对于其他燃料来源,“氢的供应目前还不算什么,”他说。生产更多的产品将需要大量的能源[37]。研究人员计算出,如果所有现有的钢铁厂都改用绿色氢气,供应这种气体将需要世界上目前可再生能源和核能产量的两倍此外,库里说,氢气和铁矿石之间的反应需要额外的能量,这意味着用这种方法生产钢铁“另外两个抑制钢铁行业温室气体排放的途径是碳捕获和增加废铁的回收利用。但库里说,两人都没有准备好做出巨大的改变他指出,碳捕获方法通常涉及胺分子,这些胺分子会被钢铁厂的温度和压力大幅波动所破坏,从而降低了该技术的有效性。Curry说,包括SUSTAIN Steel成员在内的研究人员正在测试捕获碳的替代品,但这些方法仍在开发尽管目前约有25%的钢铁他说,为了提高废料回收量,该行业需要更有效的分类和分析方法。金 说 , 生 产 “ 绿 色 ” 钢 铁 的 成 本 他 说 , 减 少 钢 铁 ‘‘Withoutcooperation, the decarbonization of the industry cannot be西蒙宁补充说,减少建筑业努力减少包括发电在内的其他部门对气候的影响。她强调,虽然技术进步很重要,但文化变革也是必要的。例如,今天的规划者往往更喜欢拆除和取代旧建筑。但她说,恢复和改造旧结构反而为了实现气候变化和可持续发展目标,引用[1] 米德河把树变成摩天大楼。纽约市:纽约客; 2022年4月18日[引用2022年8月25日]。可从以下网址获得:https://www.newyorker.com/magazine/2022/04/25/transforming-trees-into-skyscrapers网站。[2] 图马里湾Mjøstårnet:世界上最高的木结构建筑。[2022年8月25日]。 可查阅:https://theconstructor.org/building/buildings/mjostarnet-building-set-new-world-record/58592/。[3] [Internet][Internet].伦敦:设计建造网络; 2019年5月17日[引用2022年8月25日]。可从以下网址获得:https://www.designbuild-network.com/projects/mjosa-tower-mjostarnet。[4] Kingson JA.建造木制摩天大楼的竞赛[互联网]。Arlington:Axios; 2022年4月26日 [ 引 用 于 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 :https://www.axios.com/2022/04/26/wooden-skyscrapers-mass-timber。[5] 威尔科克森M世界上最高的大型木材建筑将在密尔沃基市中心开放。对地球更健康。你(互联网)。密尔沃基:密尔沃基哨兵报; 2022年6月29日[引用2022年8月25 日 ] 。 可 查 阅 : https://www.jsonline.com/story/news/2022/06/29/milkickee-newest-mass-timber-structure-ascent-opens-summer-sustainable-architecture/7653606001/。[6] 尼勒木制摩天大楼正在崛起[互联网]。纽约市:华尔街日报; 2022年4月11日[引用2022年9月8日]。可从以下网址获得:https://www. wsj.com/articles/wooden-skyscrapers-are-on-the-rise-11649693924网站。[7] 行动呼吁:抓住建筑业的脱碳机会[互联网]。纽约市:麦肯锡公司; 2021年7月14日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/call-for-action-observing-the-decarbonization-opportunity-in-construction。[8] 罗密欧·N奥斯陆是如何学会应对气候变化的。纽约市:纽约客; 2022年5月4日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://www.example.comwww.newyorker.com/news/annals-of-a-warming-planet/how-oslo-learned-to-fight-climate-change。[9] 斯米尔五世平板玻璃惊人的碳足迹[互联网]。纽约市:IEEE频谱; 2022年3月30日[引用2022年8月25日]。可从以下网址获得:spectrum.ieee.org/float-glass[10] Gertner J.碳技术革命开始了吗? [互联网]。 纽约市:纽约时报; 2021年6月27日[引用2022年8月25日]。可从以下网址获得:www.nytimes.com/2021/06/23/magazine/interface-carpet-carbon.html[11] Fennell P , Driver J , Bataille C , Davis SJ. 水 泥 和 钢 铁 - 九 步 到 净 零 。Nature2022;603:574-7.[12] Hundertmark T,Reiter S,Schulze P.水泥生态系统中的绿色增长途径[互联网]。 纽约市:麦肯锡&公司; 2021年12月16日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://www.mckinsey.com/industries/chemicals/our-insights/green-growth-avenues-in-the-cement-ecosystem。[13] 杨文,李文.在中层非住宅建筑中使用混合CLT结构的环境效益:美国太平洋西北部基于LCA的比较案例研究。J Build Eng2019;26:100862.[14] 克莱曼河交叉层压木材的使用在美国可能会增加。 伦敦:路透社; 2022年8月25日[引自2022Sep8]。可查阅:https://www.reuters.com/legal/legalindustry/use-cross-laminated-timber-may-rise-us-2022-08-25/。[15] 凯恩斯河竹子在亚洲已经使用了几千年现在,它可以帮助解决建筑亚特兰大:CNN; [更新2021年11月22日;引用2022年9月13日]。可从以下网址获得:https://www.cnn.com/style/article/bamboo-sustainable-building-philippines-bali-hnk-spc-intl/index.html。[16] 迈尔斯山口稻草鼓舞人心:房屋由简陋的草捆制成[互联网]。伦敦:金融时报;2021年12月3日[引用2022年9月13日]。可从以下网址获得:https://www.ft.com/content/a42d0a24-2543-445e-83f1-8227d0110756。[17] 博伦斯坦湾水泥的二氧化碳排放量在20年内悄然翻了一番。纽约市:美联社; 2022年 6 月 22 日 [ 引 用 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 :https://apnews.com/article/climate-science-china-pollution-3d97642acbb07fca7540edca38448266。[18] 具体的未来[互联网]。伦敦:全球水泥和混凝土协会; [引用2022年8月25日]。网址:https://gccassociation。org/concretefuture/.[19] 穆尔肯坚果壳作为水泥窑的燃料。实施气候法[互联网]。华盛顿特区:E E新闻;2021 年 10 月 28 日 [ 引 用 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 查 阅 :https://www.eenews.net/articles/nut-shells-fuel-cement-kilns-as-calif-imposes-climate-law/。[20] 混凝土需要消除其巨大的碳足迹。Nature 2021; 597:593M. 莱斯利工程19(2022)710[21] 诺米尔湾作为全球最大的煤炭消费国,中国能否[互联网]。华盛顿特区:科学;2020 年 9 月 29 日 [ 引 用 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 查 阅 :https://www.science.org/content/article/can-china-worlds-bigger-coal-consumer-become-carbon-neutral-2060。[22] 邓恩·K从混凝土到钢铁,建筑如何构成纽约市:财富; 2021年2月16日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://fortune.com/2021/02/16/concrete-steel-construction-design-climate/。[23] 放大图片作者:David S.脱碳水泥生产。Joule2021;5(6):1305-11.[24] 斯鲁巴湾混凝土比飞机污染更大。这里有4个创新的方法来清理它[互联网]。纽约市:Fast Company; 2022 Sep 10 [cited 2022 Sep 17]。可从以下网址获得:https://www.fastcompany com/90786922/concrete-more-polluting-than-flying-4-ways-to-decarbonize-cement-industry.[25] 水泥如何帮助减缓全球变暖。伦敦:经济学人; 2021年11月4日[引用2022年8月25日]。可从以下网址获得:https://www. economist.com/science-and-technology/how-cement-may-yet-help-slow-global-warming/21806083.[26] 克利福德角这些科学家因厕所技术而结缘。现在他们纽约市:CNBC; 2022年4月28日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://www.cnbc.com/2022/04/28/carbon-free-cement-breakthrough-dcvc-put-55-million-into-brimstone.html。[27] 改变地板形状可以减少75%的混凝土使用量。Stevenage:ET; 2022年2月21日[ 引 用 于 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 : https ://www.example.comeandt.theiet.org/content/articles/2022/02/changing-floor-shape-could-cut-concrete-usage-by-75-per-cent/。[28] 莱斯利·戴维斯如何从二氧化碳中制造可回收塑料来减缓气候变化[互联网]。华盛顿 特 区 : 科 学 新 闻 ; 2022 年 9 月 9 日 [ 引 用 2022 年 9 月 14 日 ] 。 可 查 阅 :https://www.sciencenews.org/article/plastic-carbon-dioxide-capture-recycling-climate-change。[29] 史丹威D具体步骤?对于中国水泥巨头来说,怪物碳足迹扼杀了气候目标。伦敦:路透社; 2019年9月12[引自2022Aug25]。可用来自:https://www.reuters.com/article/us-climate-change-china-cement/concrete-steps-for-china-cement-giants-monster-carbon-footprint-smothers-climate-goals-idUSKCN 1VX 0QQ.[30] 登普西·H海德堡水泥旨在通过新的碳中和水泥厂解决排放问题[互联网]。伦敦:金融 时 报 ; 2021 年 6 月 2 日 [ 引 用 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 :https://www.ft.com/content/74a49a0c-bfe9-4f 0 b-a8 a0 - 7 e607 d91 d387。[31] 德拉加尔萨降低通货膨胀法案包括碳捕获行业的一个富矿。纽约市:时间; 2022年8月11日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://time.com/6205570/inflation-reduction-act-carbon-capture/。[32] 沃恩河大多数主要的碳捕获和储存项目都没有达到目标。伦敦:新科学家; 2022年9月1日[引用2022年9月8日]。可查阅:https://www.newscientist.com/article/2336018-most-major-carbon-capture-and-storage-projects-havent-met-targets/。[33] KimJ,Sovacool BK,Bazilian M,Griffiths S,Lee J,Yang M,et al. 钢铁工业脱碳:社会技术体系、技术创新和政策选择的系统回顾。能源研究与社会科学2022;89:102565。[34] 佩普洛湾工业能使炼钢脱碳吗?[互联网]。华盛顿特区:化学工程新闻; 2021年6月 13 日 [ 引 用 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 :https://cen.acs.org/environment/green-chemistry/steel-hydrogen-low-co2-startups/99/i22。[35] 德拉加尔萨世界钢铁的生产以高昂的气候成本为代价。一家瑞典公司正试图改变这一现状。纽约市:时间; 2022年4月28日[引用2022年8月25日]。可查阅:https://time.com/6171369/ssab-sweden-green-steel/。[36] Pfeifer S.安赛乐米塔尔在加拿大工厂成功测试绿色氢的使用[互联网]。伦敦:金融 时 报 ; 2022 年 5 月 1 日 [ 引 用 2022 年 8 月 25 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 :https://www.ft.com/content/cce5439a-3c26-4331-9455-094edb638df4。[37] 赫特森湾碳中性钢的承诺[互联网]。 纽约市:纽约客; 2021年9月18日[引用2022年8月25日]。 可从以下网站获得:https://www.newyorker.com/news/annals-of-a-warming-planet/the-promise-of-carbon-neutral-steel。
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