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混凝土是不是高能耗和高碳排放产业?(上)

引《道德经》中这一句名言,是想说明,人类的行为应该遵守大自然的规律,长效有序,才能生生不息。地球给予人类赖以生活的所有条件,能源和资源的消耗,以及污染物的排放是社会发展中必然会发生的。但是数十亿年形成的地球能源和资源并不会在短时期内再生,人类对自身赖以生存的大地应当怀有敬畏之心,精打细算,给大地以休养生息的时间,以平衡消耗和修复的运动。由于大自然的规律,在地球上的不同地域,气候条件和资源与能源的分布有很大差别,自从人类形成不同的利益集团,就开始为占有这些资源而相互争斗,更造成正常消费以外的浪费;我们曾误以为,我国地大物博,资源取之不尽用之不竭,没想到,近数年来对资源和能源的消耗已出现透支的现象。节能、降耗、减排是人类可持续发展重要的战略需要,已刻不容缓。

资源透支现象的出现,一方面是需要面对资源缺少珍惜而盲目建设的后果;另一方面出自没有注重科学使用而造成浪费。后者比如当前C30混凝土用水量能做到175kg/m3的已经越来越少了,超过180kg/m3的已非常罕见,以致混凝土频频出现开裂的现象,使混凝土结构耐久性难以保证;质量不好的混凝土,给子孙后代留下大量将来需要拆除或修补改建的负担,更会加重对能源和资源消耗,以及排污的压力。全民增强节能、降耗、减排的意识,并且行动起来,已迫在眉睫。

在此讨论两个问题:混凝土是高耗能和高CO2排放的产业吗?混凝土是否还有进一步节能、降耗、减排的潜力?

一、各种材料能耗和碳排放的比较

一般来说,产业的能耗和碳排放应从最上游源头开始到最终产品叠加计算,例如钢材,从矿山开采、选矿、炼铁、炼钢,直到把钢锭加工成型钢、盘条、钢板等整个生产的全过程。对混凝土材料,亦理应如此。但混凝土的主要原材料水泥和砂石生产的能耗和碳排,甚至产品质量,都是混凝土业所不能控制的,无法承担其耗、排的责任。然而,当前水泥和混凝土是各自独立生产和经营核算的,自然都像所有独立生产和经营的材料一样,从原材料到最终产品全过程的足迹来计算其碳排量。

引自文献[1]的图1是由一个无党派、非营利的独立组织世界资源协会所编制的,是对以CO2当量表示的全球温室气体来源的分析,显示按不同材料每1kg所隐含的能量与隐含的CO2排放量。混凝土和水泥作为两个独立产业计算,但都包含碳足迹。由图1可见,在全部主要的建造材料中,混凝土的潜在能耗与CO2排放量是最低的。就连一直在承受着“耗能大户”名声压力的水泥产业,在图1中所见其每1kg产量的碳排和也比最碳排量的其他产品的低到1个数量级;而每1kg素混凝土的砌块碳排量只有60g,钢筋混凝土的也只有200g,塑料的则达约10000kg。各种材料的单位碳排量与能耗呈线性正相关。

与其他大多数材料相比,由于成本低、原材料的易得性、可加工性,以及多种优良的使用性能(见表1),混凝土是现今世界上使用最广泛的建筑材料。

由表1可见,在本质上,按每1kg产量计算和对比,混凝土具有很低的能耗和碳足迹;与水泥混凝土有关的全球CO2高排放量,当然不是来源于该材料本身意义上的隐含的CO2值。

二、能耗和碳排放应怎样计算和比较?

按制成相同承载力、相同高度的柱子,混凝土和传统结构用材料─砖石、钢材相比,如图2所示,折算成油耗,承受1t荷载的1m高柱子,混凝土能耗不到100L,砖的超过200L;钢的则约达到350L。

与混凝土相比,水泥的高能耗和高排放毋庸置疑,至于为什么混凝土或水泥制品会被误认为是高能耗与高排碳产业,主要的原因应当是其用量所要求的产量之大,在建材行业无可比拟,因而在碳足迹总的能耗和碳排放量方面或从全生命周期来看,就会首当其冲。

混凝土用途广泛,当前我国混凝土产量很难统计。水泥是只为混凝土(包括预拌、路拌、预制构件、砂浆、砌块等)而生产的,不能长期库存,从水泥产量可以计算出混凝土的使用量。有记载并报道的2019年我国水泥产量为23.3亿t,以每1m3混凝土用水泥300kg计,则混凝土产量少说也有70亿m3,即使单位耗能和碳排量都很低,而这样巨大的总量自然可观。但是如果没有大规模建设量的需要,混凝土绝不可能生产这么多。

按独立的产业计算还是按整个产业链计算?按单耗、单排还是按总耗、总排计算?计算结果当然不同,目的也不同。统计产品的能耗和碳排量的目的是整体考量该产品生产的投入产出比,利弊与得失,对产业布局做出合理的决策。各种产品科学的计算应该是在同一基点上进行。图1所示的基点是产品的单位产量,有利于督促各产品生产者致力于尽量降低自己的能耗与碳排量;图2所示的基点是用于达到相同功能的相同对象,这是最合理的基点,因为材料被制成结构构件才是混凝土的最终产品。

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