我们知道如何使用可再生燃料和电动汽车的土地运输来脱碳。正在制定用于绿色运输和飞机的蓝图。但是，大型工业流程呢？它们看起来将成为脱碳性的持续性 - 如果我们要在本世纪中叶实现零净排放，我们必须消除的最后和最难的二氧化碳排放。特别是，我们如何绿化全球三个最大的重重行业：钢，水泥和氨，它们共同散发出五分之一的人为CO2？
我们的现代城市环境主要由由水泥制成的混凝土制成，并构成钢。我们的大部分食物都是通过施用氨制成的肥料而种植的。这些最普遍存在的工业材料以巨大的能源和二氧化碳排放为单位生产。
他们的停滞行业已经使用了很大程度上不变的制造工艺繁荣了一个多世纪。但是，迫切需要生产绿色的氨，钢和水泥开始动摇它们。研究为化学过程的基本变化提供了新的选择。最近几周，领先的球员宣布了这三个紧缩行业中的每一个。
两种新兴技术将自己作为脱碳问题行业的“解决方案”做广告。一个是碳捕获和存储（CCS），旨在捕获堆栈二氧化碳排放，并将其埋在诸如旧油田或盐矿等地质结构中。另一种是“绿色氢”，它是通过使用可再生能源分割水制成的。有些看绿色氢作为未来的梦想燃料，从飞机和电站到房屋和重工业的一切都为一切提供动力。
美国能源部长詹妮弗·格兰霍尔姆（Jennifer Granholm）在六月说那个“干净的氢是改变游戏规则的人”，因为它“将有助于脱碳，重污染和工业领域。”
在州补贴下，目前正在欧洲尝试使用绿色氢在钢生产中的使用。
但是，这两种技术都面临着技术批评和炒作的指控。CCS被指控为延长化石燃料行业的未来而不是脱碳而设计的更多。例如，即使是可再生能源的可再生能源的传送带，对于可以直接使用可再生能源的应用，也可以通过插入电动汽车来直接使用。
行业分析师说，但是每个行业都可能在某些行业中发挥作用。波茨坦气候影响研究所的Falko Ueckerdt说：“初级钢和氨的产生是绿色氢的明智入口点。”耶鲁环境360。例如，氢在加油高温工业过程方面非常有效，因此，对于当前需要化石燃料作为该工艺的一部分（钢）的重型产业，绿色氢有时可能是真正的交易，已经使用了氢（肥料）或需要高温氢擅长生产（水泥）。
让我们乘坐这些行业中的每个行业。他们需要什么才能脱碳？
钢制造公司目前负责11％人为二氧化碳排放。大多数生产首先是用铁矿石燃烧在高炉中。煤产生热量，但是炉中化学过程的一部分。它从矿石中剥离氧气，以制成纯铁，称为生铁，该铁在电弧炉中变成钢。但是，从将煤中的碳与矿石中的氧气结合在一起的废物是大量二氧化碳。整个过程每吨钢平均排放2.2吨二氧化碳。
那么如何减少这些排放呢？
去年10月在波士顿正在建造的摩天大楼的Winthrop中心的地点倒入混凝土。大卫·瑞安（David L. Ryan）/波士顿环球报
产品的更有效使用和回收应始终是追求的第一条途径。回收利用重量排放，避免了爆炸式舞台。将废料送入电弧炉中，每吨钢通常仅产生0.3吨二氧化碳。通过从化石燃料转换以产生电力，可以进一步减少排放。但是，根据分析师的说法，回收利用的潜在收益受到限制。大约85％的废弃钢已经收集用于回收。但是，根据国际能源机构（IEA）的数据，钢铁的长期服务寿命意味着，这种再生废料仍然仅占钢铁总生产总量的三分之一。
CCS的广泛采用可能进一步减少排放。但是，完全放弃了爆炸炉可能会带来更大的收益。制造生铁的主要替代方法是通过矿石运行巨大的直流电流。该过程被称为电解，是铝土矿将其变成铝的方式。能源需求是巨大的，但是不需要煤作为工艺本身的一部分，能量可能来自低碳源，例如绿色氢。因此，绿色氢被认为对绿色钢至关重要。
该氢路线目前正在欧洲，根据州补贴，由世界第二大钢铁制造商Arcelormittal和本月初宣布的项目在荷兰，印度拥有的塔塔钢铁公司。
它可能会赶上。一种有吸引力的方法是将氢与钢进行同一地点。据澳大利亚来说，它代表了澳大利亚的“巨大机会”，该澳大利亚既有大型铁矿石矿山又有大量的太阳能，但新南威尔士州纽卡斯尔大学的杰西卡·艾伦（Jessica Allen）和托尼·霍尼德斯（Tony Honeyands）表示，“它将促进我们的出口，有助于抵消不可避免的工作化石燃料行业的损失，并在应对气候变化方面大有帮助。”他们在最近的一次博客文章。
在过去的半个世纪中，氨肥料的生产一直是全球增长最快的行业之一。这是20岁时农业绿色革命的基岩Th世纪和今天，滋养了养活全球40％的农作物。肥料是迄今为止的主要用途1.76亿吨每年生产的氨。
世界上最大的氨制造商计划以最大的综合体为“绿色”一部分。
氨是使用Haber-Bosch过程，由德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）于1908年发明。十年后，它获得了诺贝尔奖。该过程分为两个阶段。首先，它通常由天然气生产氢；然后，它将氢与大气氮合成。为此，需要打破将氮分子固定在空气中的紧密键，这需要高压力和温度约为500摄氏度。
氢的生产和氨合成都是能源密集型的。在巨型工厂中进行的整个过程，每吨氨散发出大约两吨二氧化碳，负责大约2％的人为CO2排放。
肥料是所有高碳产品中最浪费的肥料之一。马里兰州大学环境科学家辛·张（Xin Zhang）表示，倒入田野的一半到达根源，这一比例已经下降了。这不仅会导致不必要的二氧化碳排放，还会导致用氮气淹没自然环境- 在河流和海洋中的死区中散发藻类，几乎到处都会破坏生物多样性。188金博网注册就送188因此，更有效地使用肥料应该是高度优先级。
但是除此之外，肥料生产过程的两个阶段都需要脱碳。制造氢的第一阶段应该是最容易实现的。今年4月，全球最大的氨制造商CF Industries宣布了计划在路易斯安那州唐纳森维尔最大的生产综合体中“绿色”一部分。它正在安装德国制造的设备，通过使用可再生能源分割水来制造氢。
第二阶段氨基化氨合成需要重大改进（或更换）现有过程。苏格兰格拉斯哥大学的贾斯汀·哈格里夫斯（Justin Hargreaves）说，催化剂是该过程的关键。它们是打破氮分子的牢固键所必需的，因此该元件可以与氢结合。
拖拉机在英格兰北约克郡的小麦田里喷洒肥料。史蒂夫·艾伦（Steve Allen）旅行摄影 /阿拉米股票照片
Haber-Bosch工艺使用铁催化剂。但是自发明以来，该游戏就一直在寻找在较低温度和压力下有效工作的东西。“应对低温氨合成是化学的圣杯之一，”李维·汤普森（Levi Thompson）说，密歇根大学的化学工程师。但是，实现这一目标所必需的化学物质已经避开了研究人员。
“大自然做到了，”哈格里夫斯告诉E360。“在环境条件下，细菌在植物根中固定氮，没有高温或压力。但是生产率太慢，无法实用，对于大规模生产而言。”希望正确的催化剂可以改变这种状况。哈格里夫斯说：“如果我们能做到的话，这是一个大奖项。”
大量的工业家在游戏中。一家日本公司JGC在福岛（Fukushima）拥有一个试验工厂，该工厂使用太阳能结合了绿色氢，并使用新的氟纳催化剂为氨合成而开发。该公司声称要减少四分之三制造所需的压力。另一个由东京理工学院Hideo Hosono领导的日本团队正在倡导兰特纳姆 - 果酱催化剂。他主张它将所需温度切成400度C。
一些预测的未来过程完全放弃了传统的哈伯 - 博世过程。6月，澳大利亚莫纳什大学（Monash University）的道格·麦克法兰（Doug MacFarlane）及其同事宣布成功地开发了一种电化学过程，以破坏可能在室温下产生氨的氮键。他们说关键是增加磷盐，这大大加快了反应。
第三个碳恐龙，也是最难改革的 - 是波特兰水泥，之所以命名是因为它类似于在英格兰南部的半岛波特兰（Portland）采石场的建筑石头。它是1824年由一个名为约瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin）的英国石膏的人发明的。制造工艺将粉笔或石灰石（碳酸钙）与粘土混合在一起，并在1450摄氏度中将混合物煮在窑中，触发化学变化，从而产生了坚硬的固体，称为熟料，它与石膏结合在一起，使水泥结合起来。然后将水泥与聚集体和水混合以形成混凝土。
每年生产超过40亿吨的波特兰水泥，地球上的每个居民都超过半吨。
窑中的高温需要大量能量，这通常是从燃烧的化石燃料中获得的。另外，当碳酸钙在窑中转化时，主要副产品的二氧化碳含量更多。当窑炉为煤炭时，窑炉每吨水泥都会发出约一吨二氧化碳。
每年在世界范围内生产超过40亿吨的波特兰水泥，地球上的每个居民都超过半吨。它使我们的水坝，道路，桥梁，塔楼，海墙和停车场成为我们的世界。它负责大约8％的人为CO2排放。
如何改变这个？虽然世界上大多数钢铁都被回收，但其混凝土很少。可以设计建筑物再次拆开，并再次使用其组件。但是很少。当破坏球队到达时，除了垃圾填埋场或汇总外，他们创造的瓦砾很少。需要改变，布莱恩·诺顿（Brian Norton）说都柏林理工学院。“建筑物……应该在使用结束时轻松拆卸。”或者我们可以使用其他建筑材料，例如可持续采购的木材。
但是水泥生产过程本身是什么？
如果窑中的煤炭被绿色氢取代，则可以减少总体二氧化碳排放量，但只有大约三分之一。因此，需要做一些事情，以摆脱生产过程产生的二氧化碳。
一种方法是CC捕获CO2排放。IEA，在最近的报告在通往零净的途径上，CCS到2050年贡献了该行业潜在排放量的55％。另一种方法是找到二氧化碳的工业用途。本月初，法国水泥制作人维卡特宣布的计划将40％的二氧化碳从里昂附近的蒙塔利乌 - 维尔库（Montalieu-vercieu）转移，以生产甲醇，以燃料由世界上最大的运输线马尔斯克（Maersk）建造的新容器船只。
长江沿岸的中国水泥厂。蒂姆·格雷厄姆/盖蒂图像
但是，也有更改水泥生产过程的原材料的脱碳化选项。IEA表示，水泥中的熟料可能多达一半，可以用其他材料代替，从原始石灰石到电站，丢弃轮胎和国内垃圾的粉煤灰。
从根本上讲，德国研究人员上个月发表的研究提出，窑中至少一半的石灰石可以用氧化铝富含氧化铝（称为Balterra Clay）代替，这些粘土通常会覆盖铝土矿的地质储量，这是铝的原料。德国Martin-Luther-大学的Herbert Pollmann说，这种硫酸钙水泥都避免了发射碳酸钙的二氧化碳排放量，并降低了1450摄氏度至1250度的射击温度。，而且在加热旋转窑时，”Pollmann说，可能将总体排放量减少三分之二。
澳大利亚工业化学家约翰·哈里森（John Harrison）于20年前发明的另一个潜在解决方案用类似的岩石，碳酸镁（通常称为镁铁矿）代替石灰石，在矿物质磁铁矿和碳酸钙的混合物中，碳酸钙（如岩石），如岩石，称为白云岩，是烤的岩石，在较低的温度下，约为650摄氏度，因此仅需要一半的能量。但是哈里森说，碳酸镁的最大好处是在使用中产生的混凝土吸收大气二氧化碳的能力。
只要材料暴露在空气中，这种“碳酸化”就会继续进行，可能会重新捕获所有二氧化碳制成时释放的二氧化碳。因此，他说，由他的“生态水泥”制成的结构可能像一棵树一样行事 - 不断占用二氧化碳。
常规水泥也碳酸盐，但哈里森说他的版本持续了更长的时间。五年前挑战了这一争论学习常规水泥的建议碳酸化大于通常意识到的。该研究发现，气候科学家没有注意到，“全球现有的水泥库存每年吸收大约十亿吨大气二十亿吨。”
尽管如此，总部位于伦敦的矿产产品协会的迈克尔·泰勒（Michael Taylor）认为，哈里森的发明具有潜在的价值。他认为，它的主要问题可能是水泥行业臭名昭著的保守主义。新配方的初始成本很高，提供成品的耐用性可能需要数十年。“创新者……将这种保守主义视为一个相当大的障碍，并且可能认为它只是为了挫败了他们的目标而提出的。”泰勒说。
这是一个熟悉的问题。但是，与钢铁和氨一样，政治上的绿色过程压力可能会改变这种状况。
