零碳科技：負碳建材

文章來源：友綠網

建材因其巨大碳排放受到越來越多關注，而科學家及企業也在不斷努力減少建材對全球氣候的影響。從混凝土、木材到微藻，不斷有新的低碳、負碳建筑材料涌現。或許未來有一天，我們的建筑物不僅不產生碳排放，還能夠吸收二氧化碳。

新型工程木材，

可吸附二氧化碳并使自身變得更堅固

以材料科學聞名的美國百年老校——萊斯大學（Rice University），將木材處理成含有多孔結晶的新復合材料，不僅能吸收空氣中的二氧化碳，還能增強機械性能變得更堅固。該項研究成果2023年2月發表在ScienceDirect網站的《細胞報告物理科學》期刊（Cell Reports Physical Science）上。

鋼鐵或水泥等結構材料一向是碳排放大戶；建筑施工和使用估計占排放量的40%。開發現有材料的可持續替代品有助于緩解氣候變化并減少二氧化碳排放。

材料科學家穆罕默德·拉赫曼（Muhammad Rahman）及其合作者找到了一種將二氧化碳捕獲結晶多孔材料分子摻入木材的方法。

“木材是一種可持續的可再生結構材料，我們已經廣泛使用，”拉赫曼說。“我們的工程木材確實比未經處理的普通木材表現出更大的強度。”

為了實現這一壯舉，首先通過稱為脫木素的過程清除賦予木材強度的纖維素纖維網絡。

天然木材（左）與木素木材。從木材中去除木質素使其無色。

木材主要由纖維素、半纖維素和木質素這三種成分構成。研究人員為了增加木材中的毛細孔率，將木材放入氫氧化鈉和亞硫酸鈉組成溶液中，去除木材中的木質素使其變成無色。

隨后使用漂白劑或雙氧水去除半纖維素，最終留下木頭中的原始纖維素，讓木頭變成亮白色，且體積縮小至原本的50%。

接下來，他們將處理過的木材泡在CALF-20類型的金屬有機骨架（MOF）溶液當中，并放到80°C的環境下進行真空干燥過夜，以實現CALF-20結晶微粒存留在木頭孔隙當中，變成Wd-CALF-20復合材料。

處于不同改性階段的木制品，從天然（最右）到脫木素（右二）到干燥、漂白和脫木素（左二）和注入MOF的功能性木材（左一）。

此時，木頭的體積會縮小，并從亮白色變成乳白色狀態，能夠開始捕捉空氣中的二氧化碳。

論文中提到，一般的MOF是一種二維或三維多孔結晶材料，是主要用于捕捉二氧化碳的固體吸附劑，是一種新開發的碳捕獲技術。不過，普通的MOF在潮濕和多變的環境中不夠穩定，容易降低它們捕獲二氧化碳的能力。

這次實驗選用CALF-20來代替一般的MOF，原因是CALF-20擁有出色的優先捕獲二氧化碳和不易吸收水汽、氮氣的特點。另外CALF-20還有高抗水性和可擴展的性能，且能長期在濕酸性的環境中依然保持良好性能。

另外，科學家們為了評估去木質素的木材（d-Wd）、CALF-20和Wd-CALF-20復合材料的晶體性質，將這些物體放入800°C的高溫環境下進行熱穩定性評估。

在100°C的情況下，所有樣品都會失去5%至10%的重量，其原因是水分的釋放。當環境溫度提升至320°C時，d-Wd開始出現分解現象，而CALF-20和Wd-CALF-20則在380°C左右開始快速分解和失重，這表明CALF-20比普通的d-Wd更耐高溫。

另外，為了證明Wd-CALF-20具有較優異的機械性能，對其進行拉伸和壓力實驗，發現Wd-CALF-20擁有比d-Wd更強的拉伸模量和強度。Wd-CALF-20可以承受高達75MPa的壓力，但d-Wd只能承受50MPa的壓力。

研究還發現，若對Wd-CALF-20復合材料進一步壓縮、致密化，將獲得更好的機械性能。

微藻

微藻包括了一個龐大而尚未開發的生物類群，種類繁多，其生理學和生化特性范圍廣闊，從微藻中獲取生物活性物質，已成為微藻資源開發利用的一大熱點。它的種種特性，決定了微藻在醫藥、食品、水產養殖、化工、能源、環保、農業、航天等領域有著重要的開發價值。

如今，世界各國的建筑師們正在積極探索，將微藻納入建筑立面的可能性，使其成為創造可再生能源、凈化空氣的一種新手段。微藻作為一種光合物種，通過光合作用，它們可以吸收二氧化碳并產生氧氣。

當微藻被整合到立面中，建筑結構就會成為碳封存和生物燃料生產的載體。隨著對微藻的深入研究，在未來，建筑環境可能演變為一個充滿活力的生態系統，擁有純凈的空氣和綠色的生物燃料。

種植結構板?

（Plantd Structural Panels?）

Plantd是一家革命性的可持續建筑材料公司，將快速生長的多年生草轉化為耐用的負碳建筑材料。

Plantd將生產直接替代傳統住宅建筑產品的建筑材料，它們也不需要任何替代安裝技術。該公司種植快速生長的多年生草，而不是砍伐樹木，并開創了減少碳排放的新型生產技術。由此產生的產品稱為種植結構板?，能夠保留在田間捕獲的 80% 的二氧化碳，然后將二氧化碳鎖在新房屋的墻壁和屋頂內。

負碳磚GreenJams Agrocrete 

GreenJams公司利用農業殘留物如稻草、棉秸、甘蔗渣等和工業大麻制造負碳建筑材料。他們早期的原型產品如下所示。

其產品名為Agrocrete，由升級回收的材料制成。其創始人表示，該產品可以將施工成本降低 50%，隔熱性提高 50%，以及減少建造建筑物所需的時間。

農業殘留物如稻草、棉秸、甘蔗渣等。用于使Agrocrete與該公司的創新產品BINDR混合。它是波特蘭水泥的100%升級回收低碳替代品，由鋼鐵，造紙和電力行業的工業副產品制成。