LCA of cement/zh

水泥生产规模巨大，其产生的副产品对环境造成巨大影响。水泥被用于建造人行道、建筑物、桥梁、水坝、管道、道路、运河、雨水排水系统以及其他众多产品。全球人均每年约消耗1吨水泥。^{[ 1 ]}水泥生产过程中产生的碳排放量约占全球碳排放量的5%。

水泥生产需要大量的原材料和能源。水泥的主要成分是熟料。熟料是由石灰石、铝土矿和铁矿石砂加热到2770华氏度（约1480摄氏度）形成的炉渣块^。熟料的生产非常耗费资源。生产一吨熟料需要3000-6000兆焦耳的能量和大约1.6吨的原材料。^{[ 2 ]}

水泥制造工艺

图 1 的流程图展示了水泥生产工艺流程。需要能量输入的工艺以黄色标出，需要加热的工艺以红色标出。生产过程中排放的污染物包括颗粒物和气体，例如二氧化碳 (CO₂) _、二氧化硫 (SO₂ ₎和氮氧化物 (NOx ₎。煤粉灰渣或火山灰可以与原材料混合。添加这些可选材料有助于降低排放。

传统水泥制造

水泥窑灰（CKD）是水泥生产的副产品。CKD 的收集采用颗粒物控制措施，例如过滤和洗涤。每生产一吨熟料，大约会产生 300-400 磅的 CKD 并被填埋。一些替代水泥生产工艺利用 CKD 进行碳封存或将其回收利用到原材料输入流中。^{[ 1 ]}

波特兰水泥与混合水泥

在许多现代水泥生产厂中，其他工业过程产生的废料会与水泥原料混合，以改变水泥的性能。这种做法可以减少水泥生产中原材料的使用量。

碳封存

碳封存是指捕获并永久、安全地储存温室气体二氧化碳（CO₂ _）。目前大多数碳封存工作都集中在将二氧化碳储存_在海洋、深层地质构造和陆地生物圈中。然而，在水泥生产过程中也可以实现小规模的碳封存。当水泥窑灰（CKD）与二氧化碳混合时_{，二氧化碳}会被稳定下来。矿物碳化的主要优势在于会形成碳酸盐矿物，例如方解石（CaCO₃ _）和菱镁矿（MgCO₃ _），这些最终产物在地质时间尺度上是稳定的。^{[ 3 ]}

生命周期评估

生命周期评价（LCA）用于评估产品或工艺的环境影响。大多数LCA评估产品或工艺整个生命周期（从摇篮到坟墓）内的环境影响。

范围

从摇篮到坟墓的评估非常复杂。对于水泥而言，从摇篮到坟墓的评估尤其困难，因为水泥的最终用途众多，而每种用途都有其独特且往往复杂的生命周期。因此，本文回顾的评估是“从摇篮到大门”的研究。这些“从摇篮到大门”的评估评估了从原材料提取到包装和运输的整个水泥生产过程的影响。因此，水泥的最终用途和处置不包含在这些评估中。^{[ 1 ] [ 4 ]}

方法论

所有生命周期评估的共同目标都是评估产品或工艺对环境的影响，并确定生产、使用和报废该产品或工艺所需的资源。尽管目标相同，但实现这一目标的方法却多种多样。

Huntzinger等人对水泥进行了从摇篮到大门的生命周期评价（LCA），并将传统工艺与替代制造工艺进行了比较。该LCA采用了以下方法：^{[ 1 ]}

1. 确定了待评估的水泥生产过程范围（控制边界）。
2. 确定了产出和投入清单。
3. 对文献中发现的环境影响数据进行了评估。
4. 对结果进行了分析，并提出了改进建议。

Josa等人对欧盟16种水泥产品生产造成的环境影响进行了比较分析。他们在从摇篮到大门的评估中采用了CML 1992方法。CML 1992是一种问题导向型方法，由莱顿大学环境研究中心在其出版物中进行了描述。该方法的步骤如下：^{[ 4 ]}

1. 我们编制了一份生命周期清单（LCI）。生命周期清单量化了产品生产过程中使用的材料、排放的污染物以及消耗的能源。
2. 针对每种水泥产品制定了生命周期影响评估（LCIA）。
3. 对生命周期影响评价结果进行了比较和分析。^{[ 4 ]}

结果

表1显示了水泥生产过程中排放的污染物。同样，所考虑的生命周期部分是从原材料提取到包装和运输。作者认为，所评估的16种水泥产品的结果并不一致。这些不一致之处被认为是由于每种产品的控制边界定义不同造成的。为了便于本维基的编写，我们选取​​了5种结果最一致的产品，并取其平均值。这些平均值代表了来自欧盟的5种I型水泥产品。^{[ 4 ]}

表1列出了水泥生产过程中排放的主要成分，包括二氧化碳（CO₂）_、二氧化硫（SO₂ _）和氮氧化物（ _NOx）。温室气体排放总量主要为二氧化碳_。导致酸化的排放主要来自氮_氧化物。富营养化排放量以每千克水泥中磷酸盐（PO₄）当量克数表示_。粉尘和冬季烟雾排放量以每千克水泥中悬浮颗粒物克数表示。

^{Huntzinger等人[ 1 ]}的研究结果如表2所示。表2列出了四种水泥产品的环境影响评分。这些评分用于比较不同的技术，是水泥生产对环境影响的指标。使用火山灰替代熟料（混合水泥）可将温室气体评分从0.088降低至0.069。水泥窑灰（CKD）的回收利用以及利用CKD进行二氧化碳封存对环境影响评分的影响较小。

未来生命周期评估的机会

这些从摇篮到大门的生命周期评估可能对后续研究有所帮助。这些结果可用于对水泥特定最终用途进行从摇篮到坟墓的评估，例如，对混凝土路面进行生命周期评估。了解水泥在其生命周期各个阶段的影响，对于从全球视角看待未来水泥产品的生产至关重要。这些从摇篮到大门的研究有望帮助我们更好地理解这一点，并可能有助于确定降低水泥生产对环境影响的新机制。

参考文献

外部链接

• 维基百科：生命周期评估
• 波特兰水泥协会
• 具体思维者
• 什么是水泥熟料？