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人类文明的发展离不开建筑建造，而水泥作为建筑材料的核心元素，从古罗马的混凝土到现代的波特兰水泥，一直推动着人类社会的进步。但是你知道吗？水泥的大量使用已经对环境造成了严重的负面影响。
水泥生产过程中，会排放大量的二氧化碳，科学家也一直在研究如何实现水泥生产的低碳化。去年，美国 Sublime Systems公司开创了一种全新的电化学水泥生产法，实现了真正的零碳排放。这项技术的出现，或将改变我们对水泥生产的传统认知。
水泥的使用可以追溯到8000年前，那时生活在叙利亚和约旦的古代居民就开始烧制石灰和火山灰，制备出简易的水泥，用于制作房屋，地板和储水室等。
到了古罗马时期，水泥的制备技术得到了进一步提升。古罗马人将石灰，火山灰，碎石混合骨料，制造出了一种被称为“opus caementitium”的混凝土，这种材料耐久性强，坚固耐用。古罗马人用它来建造渡槽，浴场和万神殿等著名建筑。
中世纪，水泥技术进步较少，但仍用于建造堡垒和运河。而制备水泥的知识通常通过石匠和炼金术士口头传承，他们以更秘密的方式试验各种材料和技术。
在19世纪，英国石匠约瑟夫·阿斯普丁发明了波特兰水泥。这种水泥是通过将石灰石和黏土混合后进行高温煅烧制成的。由于其硬化后的特性与波特兰岛上的波特兰石相似，因此得名。
波特兰水泥强度高，耐久性强，易生产，一经发明就迅速在世界范围内得到推广，成为了现代建筑的主要材料。不过，水泥的生产却带来了严重的环境问题。
生产水泥的原材料是石灰石和硅酸盐黏土，生产时需要对这两种材料进行高温煅烧，温度至少要达到1400℃。烧制过程中，石灰石会分解生成氧化钙（CaO），同时排放出大量的二氧化碳。
而高温煅烧又需要消耗化石燃料，这一过程也会产生二氧化碳。每生产一吨水泥，就会排放1公斤的二氧化碳。每年，水泥生产的碳排放量已经达到了数十亿吨，已占到了人类总碳排放量的8%。
近年来，有一些新技术尝试通过添加填充料，如添加胶凝材料与水泥中的活性成分发生反应，以减少碳排放量。
但这种策略只能在一定程度上有效。当填料的比例过高时，水泥的强度和使用寿命会受到影响。因此，传统水泥生产工艺在环保方面的改进空间十分有限，亟需一种根本性的技术变革。
去年，美国麻省理工的蒋业明教授与博士后 Leah Ellis 及其团队，共同开发出了一种革命性的水泥生产方法，这种方法利用电解槽在常温下进行化学反应，彻底摆脱了高温煅烧和化石燃料的依赖，实现了零碳排放。
新技术的核心在于电解槽的使用。电池在水池内将两个电极连接，通过分解水生成氢气和氧气，同时形成酸性和碱性环境。在阳极区，含钙矿物在酸性环境下溶解，生成钙离子。这些钙离子随后会通过电解槽中的阳离子交换膜移动到阴极区。
在阴极区，这些钙离子与电解水产生的氢氧离子（OH-）反应，生成氢氧化钙（Ca(OH)2），也称为熟石灰，以进一步用于制备水泥。
整个过程在常温下进行，不需要粉碎原料，也不需要高温煅烧，彻底避免了传统工艺中的二氧化碳排放。实验中产生的二氧化碳、氢气和氧气都会被收集和再利用。这不仅实现了零碳排放，还大大降低了能耗。
此外，所需的材料不局限于传统水泥制备中的原材料，可以使用多种钙源材料，包括低品位石灰石和工业废料，进一步提高了资源利用效率。这种方法的灵活性意味着即使在资源有限或环境条件苛刻的地区，也可以实现低碳水泥的生产。
为了进一步推广这一技术，蒋业明团队成立了 Sublime Systems 公司，致力于将这一突破性的电化学水泥生产技术商业化。该公司的初衷是通过这项创新技术，彻底变革传统水泥工业，减少其对环境的负面影响。
目前，Sublime Systems 公司已经建立了一条年产约100吨的试点生产线，他们计划在未来几年内进一步扩大生产规模，目标是在全球范围内推广这一低碳环保的水泥生产技术。
为了确保产品的市场竞争力和可接受性，Sublime Systems公司已经获得了多项行业认证，其中就包括 ASTM C1157。
ASTM C1157是美国材料和实验协会制定的关于液压水泥的规范标准，取得这项认证意味也着新技术的产品在强度，耐久性等性能上与传统水泥相当，能够满足建筑工程的严格要求。
Sublime Systems公司的电化学水泥生产方法，成功地在常温下完成了钙源材料的转化，彻底摆脱了高温煅烧的桎梏，不仅避免了二氧化碳的排放，还实现了能量的高效利用。这种颠覆性的信技术无疑是水泥生产的一次革命，也标志着人类在环保领域的重大进步。
在环境问题日益严峻的今天，Sublime Systems 的新技术无疑为建筑行业带来了新的希望。随着试点生产线的成功运营和逐步扩大，该公司有望在未来几年真正实现新技术的商业化，将这种低碳环保的水泥推广到全球各地，助力各国实现碳中和的目标。
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