用自己的粘液將沙粒和貝殼碎片粘合在一起，沙塔蠕蟲成為無脊椎動物中的建筑師代表。受此啟發(fā)，一個中國研究團(tuán)隊研制的低碳新型建筑材料的相關(guān)成果近日在國際學(xué)術(shù)期刊《物質(zhì)》發(fā)表。
據(jù)界面新聞了解，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所王樹濤研究員團(tuán)隊研制出一種天然基仿生低碳新型建筑材料（nLCBMs/±），該建筑材料的設(shè)計受沙塔蠕蟲巢穴所啟發(fā)。沙塔蠕蟲可通過分泌復(fù)合有正電性蛋白與負(fù)電性蛋白的粘液粘結(jié)沙粒構(gòu)筑堅固的巢穴。在低溫常壓條件下，可利用仿生粘結(jié)劑粘結(jié)沙粒、礦渣等多種固體顆粒制備nLCBMs/±。
“未來建筑行業(yè)的減碳重點和難點將會是建材生產(chǎn)階段，即降低建筑隱含碳的總量與強(qiáng)度?！庇丫G智庫創(chuàng)始人黃俊鵬告訴界面新聞。據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會《2022中國建筑能耗與碳排放研究報告》，2020年全國建筑全過程碳排放總量為50.8億噸，占全國碳排放的50.9%，其中建材生產(chǎn)階段碳排放28.2億噸，占全國碳排放總量的比重為 28.2%。
而這種天然基仿生低碳新型建筑材料，可以將建材的碳排放大幅降低。經(jīng)王樹濤研究員團(tuán)隊初步估算，每生產(chǎn)1噸天然低碳建筑材料的碳排放量約50至200千克，約為傳統(tǒng)水泥建材的6%-25%。
“nLCBMs/±在實際建筑中有較大的應(yīng)用潛力?！?王樹濤研究員團(tuán)隊告訴界面新聞。nLCBMs/±不但具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以達(dá)到實際建筑應(yīng)用的力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，同時還具有較好的抗老化性能、大尺寸制備性能和獨(dú)特的可循環(huán)性能。
不過，相比于傳統(tǒng)建筑材料，新型低碳建筑材料在投入實際應(yīng)用的過程中仍有一定的阻礙。
“由于天然高分子原料來源有限，價格較高，目前此天然低碳新型建筑材料成本仍高于傳統(tǒng)水泥建材。”王樹濤研究員團(tuán)隊告訴界面新聞。
為此，王樹濤研究員團(tuán)隊近年來一直在探索價格低但性能更好的粘結(jié)劑，并嘗試通過降低粘結(jié)劑用量，進(jìn)一步降低新型低碳建材的成本。王樹濤研究員團(tuán)隊表示，預(yù)計未來還需通過中試放大生產(chǎn)，運(yùn)用工業(yè)級原料并對照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步評估該天然低碳建筑材料的各項性能。
“低碳建筑材料在推廣應(yīng)用中面臨的阻礙主要來源于政策、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、市場等方面。”黃俊鵬告訴界面新聞。建筑業(yè)目前還不是控排行業(yè)，對建筑隱含碳還缺乏限制性政策，不利于低碳建筑材料的應(yīng)用。技術(shù)局限性，標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)落后，價格較高等因素也制約著低碳建筑材料的應(yīng)用。
此外，建筑材料碳排放核算的標(biāo)準(zhǔn)不明確、數(shù)據(jù)庫不完善，也是影響創(chuàng)新建材走向市場的現(xiàn)實阻力。
依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》，建材生產(chǎn)階段碳排放等于建材消耗量乘以建材的碳排放因子。
“當(dāng)前建材行業(yè)碳排放面臨標(biāo)準(zhǔn)不明確、基線與范圍不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫不完善等一系列問題，建材行業(yè)碳排放體系亟需進(jìn)一步建立健全?！秉S俊鵬告訴界面新聞?！敖ú奶寂欧乓蜃記]有國家、行業(yè)層面公認(rèn)的可靠數(shù)據(jù)?！督ㄖ寂欧庞嬎銟?biāo)準(zhǔn)》附錄中的碳排放因子由于過于陳舊，整體數(shù)據(jù)偏高，這會導(dǎo)致建筑整體隱含碳含量偏高。覆蓋的建材種類也不夠全面。”此外，不同型號、不同產(chǎn)品線、不同區(qū)域的建材碳排放數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生較大差異。
“解決建材產(chǎn)品碳排放因子失真和缺失問題最有效的方法是鼓勵房地產(chǎn)企業(yè)、建筑業(yè)主（如醫(yī)院、學(xué)校等公共機(jī)構(gòu)和政府部門）開展綠色采購，建立綠色供應(yīng)鏈管理體系，要求供應(yīng)商提供產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)?！秉S俊鵬表示。
他指出，再生建筑材料，產(chǎn)能建筑材料，生物基建筑材料，固碳建筑材料，是其較為看好的四個方向。
采用新工藝對各類固體廢棄物進(jìn)行無害化處理后再利用的再生建筑材料有很多，這類材料不僅能夠減少對新材料的需求，還能最大限度地降低生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本、廢物處理成本。例如將建筑垃圾通過特殊的工藝流程轉(zhuǎn)化為再生骨料，并將其與傳統(tǒng)骨料按一定比例融合制成建筑垃圾資源化再生混凝土，目前此新型建筑材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房，道路等領(lǐng)域。
其他三大創(chuàng)新低碳建材前景廣闊：產(chǎn)能建筑材料方面，隨著BIPV（建筑一體化光伏）、智能電網(wǎng)、V2G（車電互聯(lián)）等技術(shù)的成熟，建筑整體作為虛擬電廠的可能性逐漸增加；生物基建筑材料領(lǐng)域，比如使用秸稈、竹子等快速再生材料制成的板材，或使用稻草、棉秸、甘蔗渣等和工業(yè)大麻制造負(fù)碳建筑材料已經(jīng)出現(xiàn)應(yīng)用；固碳建筑材料領(lǐng)域，比如有CO2礦化混凝土，該產(chǎn)品可以使工業(yè)二氧化碳與混凝土中的鈣鎂組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將氣體轉(zhuǎn)化固體礦物質(zhì)鑲嵌在混凝土中。此產(chǎn)品不僅能夠減少碳排放，混凝土的強(qiáng)度也得到一定的提高。
據(jù)研究出版商《財富商業(yè)洞察》（Fortune Business Insights）預(yù)測，全球綠色建材市場預(yù)計將從2023年的4,222.7億美元增長到 2030年的9,511.5億美元，復(fù)合年增長率為12.3%。