《自然》子刊Nature Cities在線發(fā)表了題為“全球尺度混凝土固氮對NOx吸收的貢獻”（Contribution of concrete nitrogenation to global NOxuptake）的最新研究成果。我校環(huán)境學(xué)院為論文通訊作者單位，第一作者為德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)/萊布尼茲生態(tài)城市與區(qū)域發(fā)展研究所博士生張寧，我校環(huán)境學(xué)院段華波副教授和楊家寬教授為共同通訊作者。
隨著全球交通運輸?shù)某掷m(xù)增長和工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，持續(xù)排放大量的氮氧化物（NOx）仍然是大氣污染的重要貢獻源之一。有效控制NOx的排放對于改善城市空氣質(zhì)量和保障人體健康至關(guān)重要。與此同時，在快速城鎮(zhèn)化的背景下，城市建設(shè)與更新改造消耗了大量的水泥制品并產(chǎn)生巨量的建筑垃圾（其中廢棄混凝土約占40%-50%）。目前，利用混凝土（包括廢棄混凝土）礦化固碳技術(shù)相對成熟，包括已開展了相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化實踐。實際上，通過提供高濃度的NOx氛圍反應(yīng)條件同樣可以促進混凝土（含廢棄混凝土）的“固氮反應(yīng)”，其不僅可以大量吸收NOx，還可實現(xiàn)混凝土的高值化利用，前期實驗研究已充分證明了這一技術(shù)理論可行，且固氮效果良好。然而，混凝土固氮技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用不僅需要合理評估其技術(shù)方法的可行性，還需要從行業(yè)和區(qū)域尺度特別是全產(chǎn)業(yè)鏈條的視角建立科學(xué)合理的評價方法來度量其環(huán)境與經(jīng)濟的可行性。
研究人員采用了基于動態(tài)物質(zhì)流的評估模型，結(jié)合生命周期評價（Life Cycle Assessment, LCA）和生命周期成本分析（Life Cycle Cost Analysis, LCCA）等方法，較為系統(tǒng)和全面地評估了在全球城鎮(zhèn)化背景下混凝土在生產(chǎn)和廢棄階段再生利用過程推廣固氮技術(shù)的減排潛力。研究考慮了從2021年到2050年的時間跨度，探究了新生產(chǎn)混凝土和再生混凝土在常溫和高溫加速等兩種反應(yīng)條件下的NOx固定效率，同時評估了這一技術(shù)產(chǎn)業(yè)化廣泛推廣可能對人體健康和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的長期綜合效益，并且還從區(qū)域適宜性的角度與固碳技術(shù)進行了對比分析。此外，研究還包含了不確定性和敏感性分析，以確保評估結(jié)果的準確性和可靠性。
面向全球尺度2種不同溫度條件下礦化固氮技術(shù)的經(jīng)濟和環(huán)境效益對比分析（2021年）
研究人員在論文中提出了一種將建筑材料高值循環(huán)利用與大氣污染治理相結(jié)合的新策略，即將混凝土的生產(chǎn)和再生利用與NOx的污染控制進行有效的協(xié)同，有望實現(xiàn)水泥建材資源循環(huán)與NOx治理的雙重目標；如果能實現(xiàn)混凝土（含廢棄混凝土）固氮技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，僅在2021年可減少約340-690萬噸的NOx排放，約占全球工業(yè)源NOx排放的6%-13%；若在全球范圍廣泛能大范圍持續(xù)推廣固氮技術(shù)，截止到2050年預(yù)計可累計減排約1.3-3.8億噸NOx，經(jīng)濟效益也十分顯著；考慮到混凝土固氮與固碳技術(shù)存在較為直接的競爭關(guān)系，研究表明在大部分國家和地區(qū)，推廣礦化固氮技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟和環(huán)境效益等方面均超過了固碳技術(shù)。
論文其他參與作者還包括萊布尼茲生態(tài)城市與區(qū)域發(fā)展研究所Georg Schiller博士、麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系Hessam Azarijafari研究員、南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院曹植教授、意大利米蘭理工大學(xué)土木與環(huán)境工程系席斌博士、英國伯明翰大學(xué)地理地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院單鈺理副教授、德累斯頓工業(yè)大學(xué)建筑材料研究所/上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院的李環(huán)宇博士。
