全球水泥行业贡献约8%的人为CO₂排放

每生产1吨普通硅酸盐水泥排放约0.9吨CO₂

传统水泥砖生命周期碳足迹：200-400kg CO₂e/m³

中国年水泥产量占全球55%，减排压力巨大

碱激发胶凝材料：利用工业废渣（粉煤灰、矿渣）在碱性条件下激发活性

• 碳排放：仅为传统水泥的10-20%

• 性能优势：耐化学腐蚀性提升3-5倍，早强发展快

• 挑战：长期耐久性数据积累，标准化滞后

碳酸钙基水泥：反向思维的新型体系

• 原理：在大气中吸收CO₂硬化，而非释放CO₂

• MgO-CO₂体系：MgO + CO₂ → MgCO₃（固化）

• 实验数据：每吨材料可固碳0.3-0.5吨

• 进展：加拿大CarbonCure技术已商业化，强度达标

生物水泥：仿生矿化技术

• 利用尿素分解菌（Sporosarcina pasteurii）催化

• 反应：CO(NH₂)₂ + 2H₂O → 2NH₄⁺ + CO₃²⁻

• Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃（沉积胶结）

• 优势：常温常压，能耗低，可修复微裂缝

• 固碳效率：实验室条件下每立方米砖固碳15-25kg

砖厂屋顶安装DAC模块，捕集大气中CO₂

CO₂通过微管道注入未硬化的砖坯

• 碳酸化反应：Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

• 同步完成：养护加速 + 碳固化

经济模型：出售碳信用覆盖DAC运营成本

示范项目：瑞士Climeworks与建材公司合作，年产负碳砖50万块

捕获相邻工厂（钢厂、电厂）烟气

优化注入工艺，避免杂质影响砖体性能

协同效益：降低双方碳税支出

案例：英国“碳砖”项目，利用钢厂烟气，每块标准砖固碳0.5kg

传统养护：蒸汽养护，能耗大

碳化养护：CO₂浓度>20%，温度40-80℃，湿度50-80%

碳化深度：24小时内达50-60mm

性能提升：抗压强度提高20-30%，耐磨性改善

固碳量：每立方米砖体吸收CO₂ 10-20kg

原理：植物通过光合作用吸收大气CO₂，转化为生物质

技术：将农作物秸秆、竹材、速生林木材加工为骨料或纤维

• 碳化处理：低温缺氧炭化，固定碳元素

• 生物质掺量：可达砖体积的30-50%

碳核算：每块砖封存生物质碳相当于吸收CO₂ 1-2kg

挑战：防火处理、长期稳定性、标准化

砖体表面设计微藻生物反应器层

• 透明保护层下，微藻光合作用吸收CO₂

• 定期收获藻体，用于生物燃料或饲料

数据：每平方米藻砖年吸收CO₂ 5-8kg

额外效益：建筑立面产氧，改善局部空气质量

再生骨料碳优势：使用拆除建筑再生骨料，避免新开采碳排放

工业固废碳核算：粉煤灰、矿渣等被视为“零碳”原料（避免填埋产生甲烷）

大气CO₂矿化骨料：将CO₂转化为碳酸盐矿物作为骨料

• 技术：CO₂与橄榄石、玄武岩粉末反应

• 产物：稳定的碳酸镁/钙，直接用作骨料

• 碳负性：生产过程净吸收CO₂

工厂能源100%可再生：屋顶光伏+储能满足60%，余下绿电购买

窑炉电气化：电加热替代燃煤，配合电网低碳化进程

全过程碳捕集：对无法避免的工艺排放进行捕集

• 捕集率目标：2030年>50%，2050年>90%

• 利用方向：建材碳酸化、化工原料、地质封存

优化砖型设计减少砂浆用量（薄浆砌筑系统）

预制化降低现场切割浪费（浪费率从8%降至<2%）

数字孪生优化排砖方案，减少废砖率

光催化涂层砖：TiO₂涂层在阳光下催化分解空气污染物

• 间接碳效益：减少建筑清洗频率，降低维护碳足迹

碳化增强设计：墙面设计促进大气CO₂自然碳化

• 多孔结构增大暴露表面积

• 表面催化涂层加速碳化反应

• 估算：50年使用期额外吸收CO₂ 5-8%

拆除后砖块完整回收率目标：>80%

无法重用砖块的处置策略：

• 精细粉碎作为新砖骨料（闭环循环）

• 用于土壤改良剂（碱性物质中和酸性土壤）

• 作为人工礁石材料（海洋碳汇增强）

避免填埋：防止碳酸盐分解重新释放CO₂

碳汇墙体网络：沿主干道建设专门设计的负碳砖墙体

• 每公里墙体年固碳能力：30-50吨CO₂

• 结合垂直绿化，生态与工程固碳协同

市政铺地系统：透水负碳砖铺装广场、人行道

• 不仅固碳，还通过透水减少城市热岛效应

• 数据监测：嵌入传感器，实时显示碳吸收量

开发商购买负碳砖，抵消建筑其他部分碳排放

实现“建造即补偿”，无需额外购买碳信用

案例：温哥华一栋办公楼使用负碳砖3万块，抵消了玻璃幕墙碳排放的40%

在工业区建设负碳砖厂，消纳周边工厂CO₂

形成“碳循环工业生态园”

经济模型：固碳服务收费，低于碳税成本

沿海地区：负碳砖用于防波堤、护岸

• 强度要求高，使用寿命长（50年以上）

• 碳封存与海岸保护结合

洪泛区：透水负碳砖用于弹性地面

• 洪水时渗水，平时固碳

• 案例：孟加拉国试点，减少洪水损害同时固碳

内部碳定价：建材企业设定内部碳成本（如50美元/吨）

• 驱动低碳技术投资决策

碳边境调节机制（CBAM）影响：出口欧盟需支付碳差价

• 负碳砖成为突破绿色贸易壁垒的利器

碳信用创造：负碳砖产生可交易碳信用

• 认证标准：ISO 14064、建筑行业专项方法学

• 溢价收入：碳信用价值可达砖成本的10-20%

政府项目强制要求一定比例负碳建材

生命周期碳排放成为核心评标指标

案例：加州2025年起，州政府项目需使用20%负碳建材

上游：发电厂/钢厂免费提供CO₂，获得碳减排额度

中游：砖厂获得低成本碳源与技术补贴

下游：开发商获得绿色认证溢价与碳资产

金融支持：绿色信贷、低碳技术保险、碳资产质押融资

已商业化：替代胶凝材料（30-50%替代率）、碳化养护

示范阶段：生物水泥、DAC耦合、微藻砖

研发阶段：碳酸钙水泥、大规模CO₂矿化骨料

当前成本：负碳砖比传统砖高30-100%

成本下降曲线预测：

• 2025年：高20-50%

• 2030年：持平或略高（碳价上升）

• 2035年：具备成本优势（规模效应+碳收益）

缺乏负碳建材统一认证标准

碳核算方法学争议：边界设定、碳归属、泄漏考虑

长期性能数据缺乏，设计规范滞后

现有生产线转型成本高

施工习惯与供应链惯性

传统水泥产业既得利益阻力

全球市场份额达到15-20%

碳捕集利用成本降至40美元/吨以下

主要城市新建公共建筑强制使用

形成完整碳核算、交易、认证体系

新建建筑实现“建造即固碳”

• 每平方米建筑固碳量：50-100kg

• 抵消运营阶段部分碳排放

既有建筑改造增加碳汇功能

• 外墙覆盖负碳砖层

• 屋顶更换为碳汇砖瓦

全球砖产业年固碳能力：1-2亿吨CO₂

• 相当于当前全球水泥排放的10-15%