一种受贝壳启发的材料可以封存二氧化碳，增强混凝土的可持续性。该材料的制备过程涉及利用二氧化碳和电力分解海水，同时还能生产氢气作为燃料，为该方法增添额外效益。

牵头这项研究的美国西北大学副教授Alessandro Rotta Loria指出：“这项研究开发出一种方法，可将二氧化碳捕集、转化并封存为固体矿物，将其作为补充材料掺入混凝土。这种方法为在深海海床或地质构造中封存二氧化碳提供了替代方案，有力推动了脱碳进程。”

这种建材的制造过程类似于碳酸钙在海洋环境中自然形成贝壳的自然矿化过程。Rotta Loria解释说：“本研究利用电化学手段重现了这一过程，通过促使溶解的海水离子与二氧化碳反应生，来制造出固体矿物。”

回收利用能源副产品

近年来，大量研究一直在探索利用电力分解水分子能否成为优质的绿色氢能来源，前提是所用电力同样来自可再生能源。

尽管该技术面临诸多技术挑战（比如需要解决腐蚀问题），电解海水制氢技术仍然备受关注，尤其是在淡水资源匮乏的地区。

海水电解过程中，会同时产生氢气和氧气或氯气。同时，碳酸钙、氢氧化镁等沉积矿物质也会在溶液中沉淀。

Rotta Loria及其团队在研究论文中指出：“这些沉积物通常被视为高能耗的副产品而被弃用。然而，作为支持建筑、制造和环境修复的资源，它们的潜力尚待开发。”

如果在电化学过程中额外添加二氧化碳，不仅会显著增加这些矿物的产量，还能封存大气中潜在污染性的二氧化碳。

研究人员发现，通过改变诸如电压、二氧化碳注入的流速、时机和持续时间等因素，可以在不改变产物化学成分的前提下，改变生成材料的物理特性。例如，这些参数能使材料变得更易多孔、更易碎裂或更为致密。

Rotta Loria解释说：“如果通过电化学方法提高海水的pH值，溶解的离子就会沉淀成固体矿物形式，从而永久封存二氧化碳。”

改善建筑业的环境影响

沙子和砾石约占混凝土成分的60-70%。这些资源通常采自山脉、河床、海岸、海底等自然环境，其开采会通过各种方式破坏环境。例如，导致陆地与海洋生物多样性丧失及生态系统的受损。沙子和砾石开采还会加剧海岸与河岸侵蚀、减少三角洲与河口的泥沙流入，从而增加洪水风险。

如果Rotta Loria及其同事开发的方法能够顺利实现大规模应用，将为混凝土生产提供可持续的沙子和砾石类替代材料。Rotta Loria指出：“通过优化反应条件、能源利用和反应器设计——这些都是此项创新的核心驱动力——该工艺的规模化具备可行性。”

但他同时承认降低成本可能具有挑战性：“该工艺的成本高于传统的骨料获取法，但可被视为一项颇具竞争力的碳封存战略，并能同时生产出有价值的材料。”

建筑业一向较为保守，在采用创新技术时会以价格为导向，但消费者日益关注可持续发展与环保实践，正推动该行业向积极方向转变。例如，绿色建筑市场的年增长率在过去十年间逐年攀升，市场对节能建筑的重视程度远胜以往。

这种生产水泥和混凝土芯材的电化学方法能否推广尚待时间检验，但Rotta Loria及其团队正与总部位于墨西哥的全球建材公司Cemex合作，以评估这项技术的商业化前景。

Rotta Loria最后指出：“目前正致力于进一步优化这项技术，最终目标是实现规模化应用。”

参考文献：

Devi N., Gong X., et al. Electrodeposition of Carbon-Trapping Minerals in Seawater for Variable Electrochemical Potentials and Carbon Dioxide Injections, Advanced Sustainable Systems (2025). DOI: 10.1002/adsu.202400943

*封图来源：Pamela Heckel（Unsplash）

Advanced Sustainable Systems 是一本专注于可持续科学研究的跨学科期刊，致力于发表关于开发更高效、更低耗的可持续系统与技术的重要研究成果。本期刊与联合国可持续发展目标保持一致，通过弥合基础研究、实际应用与政策制定领域之间的知识鸿沟，促进各孤立学科领域的融合。本刊涵盖的主题包括气候变化、食品可持续性、环境科学、可再生能源、水资源、城市发展、社会经济挑战及政策影响等所有与可持续系统相关的议题。