全球水泥生产占每年温室气体排放量的 7%，其中大部分来自开采的石灰石的燃烧。现在，一个由 CU Boulder 领导的研究小组已经找到了一种方法，通过在微藻的帮助下将二氧化碳从空气中提取出来，使水泥生产碳中和，甚至是负碳。

“这对我们的团队来说是一个非常激动人心的时刻， ”该项目的首席研究员、土木、环境和建筑工程以及 CU Boulder 材料科学与工程项目副教授 Wil Srubar 说。“对于行业来说，现在是解决这个非常棘手的问题的时候了。我们相信，我们拥有水泥和混凝土行业解决其碳问题的最佳解决方案之一，如果不是最好的解决方案的话。”

混凝土是地球上最普遍的材料之一，是世界各地建筑的主要材料。它最初是水和波特兰水泥的混合物，形成一种糊状物，其中添加了沙子、砾石或碎石等材料。浆料将骨料粘合在一起，混合物硬化成混凝土。

为了制造最常见的水泥类型波特兰水泥，石灰石从大型采石场提取并在高温下燃烧，释放大量二氧化碳。研究小组发现，用生物生长的石灰石代替采石场的石灰石，一些钙质微藻通过光合作用完成的自然过程（就像生长珊瑚礁一样），创造了一种净碳中和方式来制造波特兰水泥。简而言之，释放到大气中的二氧化碳等于微藻已经捕获的二氧化碳。

磨碎的石灰石也经常用作波特兰水泥的填充材料，通常替代 15% 的混合物。通过使用生物石灰石代替开采的石灰石作为填料，波特兰水泥不仅可以实现净中性，而且可以通过将二氧化碳从大气中抽出并将其永久储存在混凝土中来实现负碳排放。

如果世界上所有以水泥为基础的建筑都被生物石灰石水泥取代，那么每年将不再向大气中排放高达 2 吉吨的二氧化碳，并将额外排放超过 2.5 亿吨的二氧化碳。大气并储存在这些材料中。

理论上，这可能在一夜之间发生，因为生物石灰石可以“即插即用”现代水泥生产工艺，Srubar 说。

“我们看到了一个使用混凝土来治愈地球的世界，” Srubar 说。“我们今天拥有做到这一点的工具和技术。”

实时石灰石

领导 CU Boulder 生活材料实验室的 Srubar 在 2020 年获得了美国国家科学基金会的职业奖，以探索如何使用微藻生长石灰石颗粒来生产具有积极环境效益的混凝土。2017 年，他在泰国度蜜月浮潜时萌生了这个想法。

他在珊瑚礁中亲眼目睹了大自然如何利用碳酸钙（石灰石的主要成分）生长出自己的耐用、持久的结构。如果大自然可以生长石灰石，我们为什么不能——他想。

“在那一刻，我必须追求的目标非常明确。从那时起我所做的一切都真正实现了这一点，”斯鲁巴说。

他和他的团队开始培育球石藻，这是一种浑浊的白色微藻，通过光合作用以矿物形式隔离和储存二氧化碳。石灰石与这些生物实时创造的唯一区别是几百万年。

只有阳光、海水和溶解的二氧化碳，这些微小的生物才能产生地球上最多的新碳酸钙，而且速度比珊瑚礁更快。世界海洋中的球石藻如此之大，从太空中都可以看到。

“从表面上看，他们创造了这些非常复杂、美丽的碳酸钙壳。它基本上是围绕细胞的石灰石盔甲， ”斯鲁巴说。

将球石藻商业化

这些微藻是耐寒的小动物，生活在世界各地的温暖和寒冷、咸水和淡水中，使它们成为几乎任何地方（城市、陆地或海上）栽培的理想候选者。根据该团队的估计，只需要 1 到 200 万英亩的露天池塘来生产美国所需的所有水泥——美国所有土地面积的 0.5%，而仅用于种植玉米的土地的 1% .

石灰石并不是微藻可以制造的唯一产品：微藻的脂质、蛋白质、糖和碳水化合物可用于生产生物燃料、食品和化妆品，这意味着这些微藻也可以成为其他更昂贵的副产品的来源——帮助以抵消石灰石生产成本。

为了从藻类生物质中产生这些副产品并尽快扩大石灰石的生产规模，UNCW 的藻类资源收集中心正在协助微藻的菌株选择和生长优化。NREL 提供最先进的分子和分析工具，用于将藻类生物质生化转化为生物燃料和生物基产品。

有些公司有兴趣购买这些材料，而石灰石已经限量供应。

联合创始人兼代理首席执行官 Srubar 表示，成立于 2021 年的 CU 初创公司、团队的商业化合作伙伴 Minus Materials, Inc. 在投资者和企业合作伙伴的财务支持下，正在推动团队对商业领域的研究。Minus Materials 此前赢得了全校实验室风险挑战赛的竞赛，并为该企业获得了 125,000 美元的种子资金。

当前全球建设步伐惊人，有望在未来 40 年内每月建设一座新纽约市。对 Srubar 而言，这种全球增长不仅仅是将建筑物转化为碳汇的机会，而且是清理建筑业的机会。他希望用自产的石灰石代替开采的石灰石也可以改善空气质量，减少对环境的破坏，并增加世界各地对建筑材料的公平获取。

“我们制造的混凝土比地球上任何其他材料都更具体，这意味着它触及到每个人的生活， ”斯鲁巴说。“我们必须记住，这种材料必须负担得起且易于生产，并且必须在全球范围内分享其好处，这一点非常重要。”