為什麼是水泥?因為全球有7-8%溫室氣體,來自水泥生產製程。
在政策協助與趨勢浪潮下,瑞士近年誕生兩家因應氣候變遷而生、打進國際市場的綠色新創——他們都與傳統產業水泥有關:第一家公司的目標是減少使用水泥,第二家則以環保水泥,作為能源儲存工具。

【原文刊載於未來城市@天下

根據世界智財組織(World Intellectual Property Organisation)的排名,她已蟬聯八年「全球創新指標」(Global Innovation Index)冠軍。

在眾多產業中,瑞士特別著重「氣候變遷」與「大數據」;由政府投入近五成的計畫資金,補助企業與學研部門合作開發科學創新相關計畫。因為,在「2050零碳排」的承諾下,再生能源將成未來主要的能源供給來源,也為相關產業帶來無限商機。

這個由中小企業組成的國家,深知新創企業對未來競爭力的重要;政府為此設立專責聯邦部門-創新局(Innosuisse),負責協助新創企業成立、申請計畫、尋找創業伙伴、開發全球市場、申請能源研究經費等。

在政策協助與趨勢浪潮下,瑞士近年誕生兩家因應氣候變遷而生、打進國際市場的綠色新創——他們都與傳統產業水泥有關:第一家公司的目標是減少使用水泥,第二家則以環保水泥,作為能源儲存工具。

為什麼是水泥?因為全球有7-8%溫室氣體,來自水泥生產製程。

全球有7至8%溫室氣體來自傳統水泥製程。圖片來源:Shutterstock

傳統水泥混凝土是基本的建築材料,將碎石子、沙、水與水泥,採一定比例混合後,持續攪拌,直至乾燥為止。製程中,需以1,400℃以上的高溫燒結,並以煤炭作為為燃料,產生大量的氮氧化物與二氧化碳,不只嚴重污染環境,也排出大量溫室氣體。

此外,水泥的生產原料石灰石也無法再生。除了挖取山脈礦石造成的景觀跟地質破壞,短時間難以修復;原料的枯竭及對土地的傷害,更是不可逆。

因此,為快速降低溫室氣體排放,不得不優先改造水泥產業,尋找永續特性的替代原料。

一、無水泥混凝土

有人開始思考,如何生產對環境友善的「無水泥」混凝土?

來自西非的多哥共和國、從小在陶土屋長大的藍鐸(Gnanli Landrou)博士,在就讀瑞士聯邦理工學院期間,跟研究團隊一同研發出環保的無水泥混凝土配方。他們一步成立新創公司Oxara,生產「無水泥混凝土」(Cleancrete),徹底改變水泥產業對環境的衝擊。

這款無水泥混凝土已申請專利,主要組成為工程中挖出的碎土石材料、黏土、水與1%的化學黏著物質,能減少建築業對傳統水泥的需求量,目前已有建築公司開始採用他們的建材。

此外,傳統水泥的生產過程中,每立方公尺的水泥,會排放出300公斤二氧化碳,但無水泥混凝土僅排放出12公斤。

這些優點雖極具競爭力,但無水泥混凝土也有其挑戰——它的抗壓強度較差,只能承受2-3兆帕(MPa,壓力強度的單位),建築物僅能蓋至二至三層樓高,但傳統水泥則可承受20-30兆帕。

儘管如此,在2050年「零碳排」的壓力下,無水泥混凝土仍被視為明日之星,獲獎無數。

「無水泥混凝土」生產過程能達到循環平衡,減少對環境的衝擊。圖片來源:截自Oxara網站

藍鐸除了在瑞士拿下「瑞士優秀未來青年獎」(Swiss Youth and Future Prize),也獲得歐盟對永續建材開發的獎助,並登上富比士「30位30歲以下歐洲精英」榜,被列為最有潛力的傑出青年之一。

藍鐸的願景,是推廣無水泥混凝土,做為未開發及開發中國家的主要建材,例如非洲。除了對環境的破壞程度低、可在當地取得原料,也比傳統水泥省下20%的材料費用;儘管抗壓度較差,但非洲多數地區不需建造高樓大廈,正適用於某些地區的住宅,將是改善居住品質的一大福音。

藍鐸強調,無水泥混凝土不可能完全取代傳統水泥混凝土,但即便只取代5%的傳統水泥,每年就能減少一億5,000萬噸的二氧化碳排放。

二、水泥樂高儲電塔

能源庫(Energy Vault)是瑞士的綠經濟公司,成立於2018年。起初並不被看好,2019年獲得軟銀大力投資1.1億美元後,開始跨國設立水泥蓄電塔,用重力原理來儲存電力,使再生能源多了一種新的儲存方式。

瑞士有許多優秀的工程師與先進的機械機具設備公司,可為新創量身訂作所需的設備,瑞士政府也大力支持綠經濟的新創公司。綜合以上三個原因,能源庫的幾位創辦人決定將總部設在瑞士。

簡單來說,能源庫是用重力造成的位能,來儲能與發電,與水力發電類似。

儲電塔的外觀,像一台起重機搭配六支旋轉吊臂,不斷將巨大水泥磚吊上吊下,像堆樂高積木一樣。每一支吊臂都有電線儲存能源,每一塊水泥磚則可視為一顆電池;當要儲存過剩的電力時,就啟動馬達將水泥磚吊起;要使用電力時,再利用放下水泥磚產生的拉力,來驅動發電機。

儲電塔利用放下水泥磚產生的拉力驅動發電機。圖片來源:截自能源庫網站

每座儲電塔預計將可儲存3千500萬瓦時(35MWh)的電力,水泥儲電磚則有80%的電力儲存效率,比水力蓄電效率更高。

目前,該公司正在興建一座高達60公尺的能源儲存磚塔;除了瑞士,也開始在印度建造模型儲電塔。

再生能源的挑戰之一,是太陽能、風力等產生的過剩電力難以儲存,而水泥蓄電磚正可解決這樣的問題—當夜晚風力與白天的太陽能發電供過於求時,都能儲存起來。

而水力發電雖然能蓄電,但限制較多,需要高山及水源,無法廣泛使用;水泥儲電塔則較少地形限制,可設置在平緩地區,達到提取及儲存的功能。

此外,水泥蓄電磚是由回收材料製成,成本較低,也不耗費過多環境成本,更能免除鋰離子電池儲存的問題。只是每一塊水泥磚重達35公噸,需採取精密的全自動化電腦操作系統來提吊,避免人為誤差或人員被水泥磚擊中的風險。

結合三種條件,原本不被看好的能源庫逐漸打開知名度,瑞士電視台SRF世界經濟論壇(World Economic Forum)、BBC金融時報(Financial Times)與華爾街日報(Wall Street Journal)等都有報導。

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