美国能源部资助3900万美元开发建筑封存碳前沿技术

近日，美国能源部(DOE)先进能源研究计划署(ARPA-E)宣布投入3900万美元设立“将大气中的排放用于建筑结构”(HESTIA)主题研发计划，用于支持18个研发项目，以开发和示范利用建筑材料及建筑设计实现碳封存的前沿技术，包括：

1、利用生物燃料生产中的低价值副产品制造高性能负碳混凝土。利用可持续航空燃料生产中的低价值副产品制造生物基辅助性凝胶材料和混凝土添加剂，开发一种负碳隔热混凝土。将验证通过对生物质加工产生的活性炭、气凝胶和灰烬进行煅烧，可以取代普通“预拌”混凝土中的大部分普通硅酸盐水泥。

2、利用汉麻混凝土3D打印建筑，实现可持续性和可恢复性。使用汉麻混凝土进行大规模3D打印，开发住宅和商用净负碳排放建筑。

3、利用光合途径生产负碳石灰石硅酸盐水泥。利用球石藻生产生物源CaCO3，即通过光合作用和钙化作用实现直接空气碳捕集，以矿物质形式储存CO2。将生物基CaCO3与生物硅酸盐水泥混合，生产负碳石灰石硅酸盐水泥。

4、生物基绝缘板的模块化设计和增材制造。使用生物质纤维素(或秸秆)和超绝热硅胶，设计和增材制造模块化超绝缘板材料，可在环境条件下实现面板的高通量连续制造。

5、采用3D打印碳吸收缆索系统的高性能建筑结构。设计一种负碳排放型建筑结构，其方法是：①开发一种高性能、预制的缆索地板结构系统，最大限度地减少质量和增加碳吸收表面积;②使用新型碳吸收混凝土混合物作为建筑材料;③使用新型混凝土材料和生物基碳材料3D打印零件。

6、用于负碳排放建筑/构造的纤维素-菌丝体复合材料。将泡沫纤维素与菌丝体相结合，开发一种新型高性能负碳复合材料。还将开发隔热和隔音的纤维素-菌丝体复合材料，具有以下特点：①可实现碳捕集和封存;②可以在当地制造;③比碳材料和矿物材料成本更低;④是抗菌材料;⑤用于建筑节能改造。

7、净负碳排放、可重复使用住宅的开发与示范。开发一种创新的设计流程和模块化单户“循环住宅”，基于生物材料设计，结构易于拆卸和组装，可再利用并最大限度减少废物产生，实现全生命周期负碳排放。

8、用于住宅和商业建筑的纤维素-水泥复合材料。利用不适合木材生产的小直径原木制造纤维素-水泥复合材料，可吸收大气中的CO2、抗腐烂和真菌生长、防火和传热，并与当前施工工艺兼容。

9、用于定向刨花板和其他工程木材的可再生负碳粘合剂。基于可持续生物资源和生物基聚合物化学技术开发粘合剂，其性能和成本与现有粘合剂相当，且不含刺激性的异氰酸酯。

10、基于直接空气碳捕集技术的预拌负碳混凝土建筑构造。开发一种硅酸盐水泥负碳替代品，将利用直接空气碳捕集技术，将工业矿物废物转化为可回收的水泥替代品，以替代耐久性优异的硅酸盐水泥。

11、交叉层压木材-钢复合结构建筑的碳封存技术。将建造带有交叉层压木地板和墙壁隔板的钢框架建筑，示范多层负碳建筑的部署可行性。

12、能消耗CO2的坚固“活”木建筑。开发一种具有钢铁强度的新型“活”木材，其具有自愈能力及碳封存能力。该木柴在生长、制造和使用过程中吸收二氧化碳，其制造过程利用合适的微生物填充木材孔隙，可以显著增强木材坚固性和自愈能力，并避免传统用于处理和改性的刺激性化学品的使用。

13、用于高性能绝缘的木质素碳封存泡沫塑料。将使用非异氰酸酯方法开发更高性能、负碳和生态友好的木质素聚氨酯泡沫塑料作为建筑隔热材料。

14、适应未来需求，为报废拆除/重建/施工而设计的负碳全木地板系统。将开发一种用于建筑的100%木质地板系统，由厚压缩木材层组成，用于制造坚固的结构承重件。项目将建造并测试全尺寸组件和样本，以评估结构安全和性能、声学性能以及拆除/再造/施工的可行性。

15、高性能负碳隔热建筑。开发一种可持续、高性能隔热材料，将大气中的二氧化碳储存于隔热材料结构中。项目将进行纤维素原材料采购和加工、隔热化学优化、制造工艺开发、隔热产品测试以及工艺和生命周期分析建模，以证明隔热产品符合建筑技术性能要求，并进行经济、高效的制造。

16、新一代负碳排放竹框架材料。将竹木混合(40%/60%)双面板空心墙改进至竹含量超过90%，以开发符合建筑规范的垂直架构墙系统，用于建造负碳中低层建筑。

17、将CO2、碳纤维废物和生物材料回收到复合板中，以制造低碳建筑材料。开发基于CO2衍生碳纳米管、回收碳纤维废料和天然生物纤维的复合板，用于内墙面覆盖物、非承重内墙、外墙面和天花板。

18、负碳生物混凝土单元生产概念。确定生物混凝土的生产工艺和材料组成，以生产负碳水泥建筑材料。项目将通过生物胶结或微生物诱导方解石沉淀技术，显著降低能耗、碳排放和物流成本。

文章作者：CASEnergy