《自然》子刊Nature Cities在線發表了題為“全球尺度混凝土固氮對NOx吸收的貢獻”（Contribution of concrete nitrogenation to global NOxuptake）的最新研究成果。我校環境學院為論文通訊作者單位，第一作者為德國德累斯頓工業大學/萊布尼茲生態城市與區域發展研究所博士生張寧，我校環境學院段華波副教授和楊家寬教授為共同通訊作者。
隨著全球交通運輸的持續增長和工業的穩定發展，持續排放大量的氮氧化物（NOx）仍然是大氣污染的重要貢獻源之一。有效控制NOx的排放對于改善城市空氣質量和保障人體健康至關重要。與此同時，在快速城鎮化的背景下，城市建設與更新改造消耗了大量的水泥制品并產生巨量的建筑垃圾（其中廢棄混凝土約占40%-50%）。目前，利用混凝土（包括廢棄混凝土）礦化固碳技術相對成熟，包括已開展了相關的產業化實踐。實際上，通過提供高濃度的NOx氛圍反應條件同樣可以促進混凝土（含廢棄混凝土）的“固氮反應”，其不僅可以大量吸收NOx，還可實現混凝土的高值化利用，前期實驗研究已充分證明了這一技術理論可行，且固氮效果良好。然而，混凝土固氮技術的產業化應用不僅需要合理評估其技術方法的可行性，還需要從行業和區域尺度特別是全產業鏈條的視角建立科學合理的評價方法來度量其環境與經濟的可行性。
研究人員采用了基于動態物質流的評估模型，結合生命周期評價（Life Cycle Assessment, LCA）和生命周期成本分析（Life Cycle Cost Analysis, LCCA）等方法，較為系統和全面地評估了在全球城鎮化背景下混凝土在生產和廢棄階段再生利用過程推廣固氮技術的減排潛力。研究考慮了從2021年到2050年的時間跨度，探究了新生產混凝土和再生混凝土在常溫和高溫加速等兩種反應條件下的NOx固定效率，同時評估了這一技術產業化廣泛推廣可能對人體健康和產業經濟發展的長期綜合效益，并且還從區域適宜性的角度與固碳技術進行了對比分析。此外，研究還包含了不確定性和敏感性分析，以確保評估結果的準確性和可靠性。
面向全球尺度2種不同溫度條件下礦化固氮技術的經濟和環境效益對比分析（2021年）
研究人員在論文中提出了一種將建筑材料高值循環利用與大氣污染治理相結合的新策略，即將混凝土的生產和再生利用與NOx的污染控制進行有效的協同，有望實現水泥建材資源循環與NOx治理的雙重目標；如果能實現混凝土（含廢棄混凝土）固氮技術的產業化，僅在2021年可減少約340-690萬噸的NOx排放，約占全球工業源NOx排放的6%-13%；若在全球范圍廣泛能大范圍持續推廣固氮技術，截止到2050年預計可累計減排約1.3-3.8億噸NOx，經濟效益也十分顯著；考慮到混凝土固氮與固碳技術存在較為直接的競爭關系，研究表明在大部分國家和地區，推廣礦化固氮技術產生的經濟和環境效益等方面均超過了固碳技術。
論文其他參與作者還包括萊布尼茲生態城市與區域發展研究所Georg Schiller博士、麻省理工學院土木與環境工程系Hessam Azarijafari研究員、南開大學環境科學與工程學院曹植教授、意大利米蘭理工大學土木與環境工程系席斌博士、英國伯明翰大學地理地球與環境科學學院單鈺理副教授、德累斯頓工業大學建筑材料研究所/上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院的李環宇博士。
