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5月9日，東南大學(xué)繆昌文院士、周揚(yáng)教授團(tuán)隊(duì)最新科研成果——全球首創(chuàng)的仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土正式發(fā)布，引發(fā)廣泛關(guān)注。水泥混凝土從“耗能大戶”華麗轉(zhuǎn)身為“節(jié)能先鋒”，這不僅為建筑行業(yè)節(jié)能減排開(kāi)辟了全新路徑，也折射出江蘇科研團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域領(lǐng)跑全球的蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。水泥“充電寶”、韌性媲美合金鋼的仿生混凝土……這些扎根產(chǎn)業(yè)需求的創(chuàng)新成果，正讓“灰色建材”煥發(fā)出綠色生機(jī)。

東南大學(xué)全球首創(chuàng)仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

破局：傳統(tǒng)建材的“雙碳”突圍戰(zhàn)

水泥混凝土，是建筑行業(yè)的“中流砥柱”，卻也是碳排放的“重災(zāi)區(qū)”。我國(guó)現(xiàn)有城鄉(xiāng)建筑面積超600億平方米，若全部使用傳統(tǒng)混凝土，僅生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放就相當(dāng)于每年燃燒超過(guò)20億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

更嚴(yán)峻的是，傳統(tǒng)混凝土的‘先天缺陷’——容易開(kāi)裂、難以自我修復(fù)等，往往導(dǎo)致橋梁、地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施在服役幾年或十幾年后就需要“大修”。“據(jù)市場(chǎng)估計(jì)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的年維修費(fèi)用在數(shù)百億元?！敝袊?guó)工程院院士唐明述的話，道破了傳統(tǒng)建材的雙重困境。

數(shù)據(jù)顯示，在生產(chǎn)端，每生產(chǎn)1噸水泥排放約0.9噸二氧化碳，水泥行業(yè)碳排放約占全球碳排放的8%；而在使用端，建筑全過(guò)程能耗占全國(guó)能源消費(fèi)總量的45%以上，且中國(guó)民用建筑平均壽命不足50年，拆除重建又形成“碳循環(huán)黑洞”。

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》中指出，要加強(qiáng)建材行業(yè)產(chǎn)能產(chǎn)量調(diào)控，推進(jìn)建材行業(yè)節(jié)能降碳改造。加快水泥原料替代，提升工業(yè)固體廢棄物資源化利用水平。2024—2025年，建材行業(yè)節(jié)能降碳改造形成節(jié)能量約1000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減排二氧化碳約2600萬(wàn)噸。

“改變必須從材料源頭開(kāi)始。”中國(guó)工程院院士繆昌文認(rèn)為，我們要將傳統(tǒng)水泥混凝土從“環(huán)境負(fù)擔(dān)”變成生態(tài)伙伴，這是一項(xiàng)巨大變革。

仿生：傳統(tǒng)水泥“進(jìn)化”成超材料

2020年，東南大學(xué)在全球率先提出“水泥超材料”概念，以“結(jié)構(gòu)再造 + 功能賦能”為核心，讓擁有兩千年歷史的水泥突破傳統(tǒng)建材邊界，成為能發(fā)電、儲(chǔ)能、抗極端環(huán)境的“超級(jí)材料”。五年間，多個(gè)教授團(tuán)隊(duì)以自然為師，用中國(guó)原創(chuàng)定義材料科學(xué)新賽道。

傳統(tǒng)水泥只能承重，周揚(yáng)團(tuán)隊(duì)卻受植物根莖組織高效傳輸機(jī)制啟發(fā)，在混凝土內(nèi)部構(gòu)建離子傳輸“高速公路”，研發(fā)出仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土（包含自發(fā)電水泥基超材料、自儲(chǔ)電水泥基超級(jí)電容器兩大技術(shù)模塊）。

東南大學(xué)周揚(yáng)教授（左1）與學(xué)生

周揚(yáng)告訴記者，不同于“靠天吃飯”的光伏發(fā)電，水泥“充電寶”利用離子熱電效應(yīng)，只要存在溫差就能持續(xù)發(fā)電?！皩?duì)于水泥混凝土墻壁來(lái)說(shuō)，冷熱溫差幾乎是一直存在的，這也意味著，每一棟采用該材料的建筑，都可以成為一座‘微型發(fā)電廠’?！睋?jù)悉，自發(fā)電水泥基超材料在力學(xué)性能上同樣表現(xiàn)優(yōu)異，相比普通水泥，抗壓強(qiáng)度提升60%、韌性增強(qiáng)近10倍。

自儲(chǔ)電水泥基超級(jí)電容器同樣令人驚嘆。周揚(yáng)現(xiàn)場(chǎng)向記者展示如何通過(guò)“板磚”為手機(jī)充電，充電過(guò)程“絲滑”程度可媲美傳統(tǒng)充電寶。

“我們還基于特種磷酸鎂水泥研發(fā)儲(chǔ)能材料。經(jīng)測(cè)算，如若將其制成儲(chǔ)能墻板，可存儲(chǔ)居民住宅約一天的用電量，與光伏配套使用，能提升光伏利用率30%以上，降低用電成本超過(guò)50%?！敝軗P(yáng)說(shuō)。

東南大學(xué)佘偉教授團(tuán)隊(duì)在水泥基材料領(lǐng)域同樣借用了“仿生魔法”?！拔覀儚呢悮ふ渲閷雍吞烊恢褡又屑橙§`感，采用常見(jiàn)鋁酸鹽水泥和高分子聚合物作為原材料，借助機(jī)器學(xué)習(xí)輔助反向設(shè)計(jì)方法，成功制備出一種擁有梯度磚-泥（BM）結(jié)構(gòu)的仿生水泥基材料，其超高沖擊韌性媲美合金鋼?！辟軅ソ榻B，這種性能“逆天”的材料，靜態(tài)韌性和沖擊抵抗力較普通水泥基體分別提升700倍和600倍，抗沖擊性能甚至“碾壓”自然巖石、纖維增強(qiáng)水泥基材料和部分合金。

而就在去年，佘偉團(tuán)隊(duì)通過(guò)墨魚(yú)骨仿生設(shè)計(jì)，將水泥與氣凝膠結(jié)合，研發(fā)出了一款新型水泥氣凝膠材料，實(shí)現(xiàn)了絕熱性能優(yōu)異、強(qiáng)度高且成本僅為傳統(tǒng)氣凝膠二十分之一的重大突破。該材料不僅展現(xiàn)出輕質(zhì)高強(qiáng)和卓越的抗震性能，突破了水泥基材料隔熱性能的極限，同時(shí)借鑒荷葉仿生設(shè)計(jì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出超疏水改性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水泥從親水到超疏水的蛻變，在高濕環(huán)境下顯著提升材料的防護(hù)性能與使用壽命。

“目前，這項(xiàng)成果已獲得千萬(wàn)級(jí)投資，正在南京進(jìn)行中試，預(yù)計(jì)今年底推出首批應(yīng)用級(jí)產(chǎn)品?！辟軅フf(shuō)。

落地：全生命周期減碳革新

當(dāng)水泥基混凝土通過(guò)仿生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)性能躍升，科研的目光順勢(shì)投向了更廣闊的產(chǎn)業(yè)圖景。如何讓水泥基材料從生產(chǎn)源頭到應(yīng)用終端都自帶“減碳基因”？從“向自然借結(jié)構(gòu)”到“向工業(yè)要綠色”，一場(chǎng)覆蓋材料全生命周期的革新正同步推進(jìn)。

2022年11月，全球首條鋼渣捕集水泥窯煙氣二氧化碳制備固碳輔助性膠凝材料與低碳水泥生產(chǎn)線在河南竣工投產(chǎn)。

“該技術(shù)主要解決了鋼渣資源化利用的難題?！痹谀暇┕I(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，該項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人莫立武教授向記者展示了一罐深灰色粉末——鋼渣微粉與二氧化碳的“化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物”。

“我國(guó)每年產(chǎn)生超過(guò)1.5億噸鋼渣，其含有的游離氧化鈣、游離氧化鎂等有害物質(zhì)，導(dǎo)致鋼渣在建材中使用存在一定安全隱患。”莫立武介紹，團(tuán)隊(duì)將鋼渣與水泥窯煙氣中的二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，將游離氧化鈣等有害物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化成碳酸鈣，既起到了固碳的作用，又提高了鋼渣的穩(wěn)定性。

“鋼渣不再是污染，煙囪廢氣成為原料，混凝土的‘碳旅程’從‘排放者’變成了‘終結(jié)者’?！蹦⑽鋱F(tuán)隊(duì)攻克的鋼渣固碳技術(shù)，不僅消納了工業(yè)固廢，更讓混凝土在硬化過(guò)程中主動(dòng)“吞噬”碳排放，實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)即固碳”。

此外，針對(duì)部分水泥混凝土材料抗腐蝕、抗凍等耐久性能不足，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的反復(fù)拆建和修補(bǔ)的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)聚焦水泥混凝土基礎(chǔ)設(shè)施耐久性提升、混凝土病害的診斷修復(fù)與防治研究。

在蘭青線鐵路小峽隧道病害整治中，莫立武團(tuán)隊(duì)研發(fā)的抗硫酸鹽氯鹽耦合腐蝕修補(bǔ)材料，能在3小時(shí)“天窗期”內(nèi)快速施工，其性能足以應(yīng)對(duì)西北嚴(yán)苛環(huán)境。這種“修復(fù)延壽”技術(shù)避免了新建工程的高碳排放，讓既有建筑“延年益壽”成為減碳剛需。該項(xiàng)目2024年開(kāi)展工程示范，預(yù)計(jì)2026年完工。

“實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)出新型水泥基混凝土材料還不夠，更要將這些材料用在‘刀刃’上?！敝袊?guó)礦業(yè)大學(xué)副教授王勇以團(tuán)隊(duì)多功能空腔樓蓋的技術(shù)成果舉例，原本樓板的功能只是承重，而現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)利用樓板空腔實(shí)現(xiàn)了消防、排煙和通風(fēng)等多功能一體化，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保、節(jié)約資源等重大意義。“這其中，如果能將樓板的材料從普通混凝土替換為特種混凝土，則可充分發(fā)揮多功能空腔樓蓋的工程價(jià)值，有助于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)備一體化?！?/p>

在王勇看來(lái)，新材料的真正價(jià)值，在于讓工程“痛點(diǎn)”變成“亮點(diǎn)”。這種功能集成化設(shè)計(jì)，正是低碳建材從“性能突破”到“場(chǎng)景落地”的關(guān)鍵一躍。

破繭：把不可能變?yōu)榭赡?/strong>

用仿生學(xué)解開(kāi)“結(jié)構(gòu)密碼”，用固碳技術(shù)重構(gòu)全生命周期“碳循環(huán)”，江蘇科研團(tuán)隊(duì)改寫(xiě)的不僅是一塊磚、一方混凝土的屬性，更是整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邏輯。

從“能用”到“愿用”，從“試點(diǎn)”到“普及”，需要多方持續(xù)同頻共振。近年來(lái)，江蘇陸續(xù)出臺(tái)《江蘇省工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰及重點(diǎn)行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》等地方配套方案，為技術(shù)落地提供了“操作指南”。政策的“東風(fēng)”，為這場(chǎng)材料變革注入強(qiáng)勁動(dòng)能。

“在科研世界里，只怕想不到，不怕做不到，我們就是要把不可能變?yōu)榭赡堋！笨姴母嬖V記者，“曾經(jīng)被視作‘必然’的水泥開(kāi)裂難題，如今已被攻克。就拿在建的世界第一大跨懸索橋——張靖皋長(zhǎng)江大橋來(lái)說(shuō)，我們的技術(shù)完全能實(shí)現(xiàn)混凝土‘零裂縫’?！边@份底氣，源自江蘇科研團(tuán)隊(duì)對(duì)材料極限的不斷突破。

然而，新技術(shù)的普及之路并非坦途，“隱形價(jià)值”與“顯性成本”的矛盾也是一大挑戰(zhàn)。在莫立武看來(lái)，即使是普通住宅使用的混凝土，也可能搭載相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)，但終端用戶難以直觀感知這些“隱性技術(shù)”的價(jià)值。“新技術(shù)從‘0到1再到100’的轉(zhuǎn)化，需要跨過(guò)工藝穩(wěn)定性、成本優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)適配等多重關(guān)卡。唯有以創(chuàng)新突破工藝瓶頸、降低應(yīng)用成本、完善標(biāo)準(zhǔn)體系，才能讓新技術(shù)打破‘示范孤島’?！?/strong>

“現(xiàn)在年輕人的思維很開(kāi)闊，我常鼓勵(lì)他們打破思維定式，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威?！笨姴难壑虚W爍著期待，“科技創(chuàng)新本就是一場(chǎng)漫長(zhǎng)的征途，尤其是原創(chuàng)性成果走向工業(yè)化之后，面臨的宏量制備等問(wèn)題，這需要科研團(tuán)隊(duì)不斷進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)?！?/p>

新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 謝詩(shī)涵

攝影 劉莉

2025年5月13日《新華日?qǐng)?bào)?交匯點(diǎn)》:https://jhd.xhby.net/share-webui/detail/s68230e60e4b0044ce9b67d50；

2025年5月14日《新華日?qǐng)?bào)》第10版: https://newspaper.xhby.net/?act=article&aid=1447635&layountIndex=9&date=20250514&siteID=2&id=1