最佳可行技术及时部署：实现全球发展需求与建筑领域碳中和的双赢路径

《Nature Communications》：Timely deployment of best-in-class technologies to enable development and decarbonise construction

《自然·通讯》最新研究推荐：面对全球人口增长与碳排放控制的双重挑战，本研究通过历史数据与区域需求分析，系统评估了建筑结构材料（水泥基材料、钢材、木材）的碳排放路径。研究表明，通过优化结构设计、推广辅助胶凝材料（SCM）及电炉炼钢（EAF）等现有技术，2050年可实现73%的碳排放削减，为中低收入国家实现可持续发展目标（SDG）与低碳转型提供关键支撑。

　　

在全球气候变暖与人口持续增长的双重压力下，如何平衡基础设施建设需求与碳排放控制已成为当今世界面临的重大挑战。根据《巴黎协定》目标，全球需在2030年前将二氧化碳排放量减半，并于2050年实现净零排放。建筑行业作为碳排放的重要来源，其材料生产（特别是水泥和钢铁）贡献了约14-17%的年度人为CO₂排放。然而，当前中低收入国家仍面临巨大的住房和基础设施缺口，预计到2050年全球75%的建筑材料需求将集中于这些地区。这一矛盾凸显了寻找既满足发展需求又实现低碳转型路径的紧迫性。

近日，《自然·通讯》（Nature Communications）发表了由剑桥大学Cyrille Dunant、洛桑联邦理工学院Karen L. Scrivener等学者合作完成的研究，系统评估了现有可行技术对建筑材料碳排放的减排潜力。研究通过历史数据分析和区域需求预测，指出通过及时部署最佳可行技术，可在2050年实现73%的碳排放削减，为中低收入国家实现可持续发展目标（SDG）与低碳转型提供关键支撑。

研究方法上，团队采用双路径分析框架：一方面基于国内生产总值（GDP）与人均材料消耗的历史关系（自上而下法），预测全球水泥基材料、钢材和木材的需求演变；另一方面结合全球建筑面积增长预测与材料强度系数（自下而上法），量化未来建筑材料流动。研究特别关注了材料使用与经济发展水平的环境库兹涅茨曲线（EKC）关系，并排除了依赖社会行为变革等不确定性策略的影响。

当前建筑材料生产格局

2019年全球材料生产数据显示，水泥基材料（包括混凝土、砂浆等）占建筑材料总质量的75%，其生产贡献了5.5-7.5%的全球人为CO₂排放。结构材料（水泥基材料、钢材、砖材和木材）占建筑碳排放的87%，是 decarbonisation 的关键靶点。

基于历史消费趋势的自上而下分析

人均水泥消费量与GDP/capita呈现明显的倒U型关系，峰值出现在人均GDP 2万美元左右。中国在2014年达到人均10,000美元时的水泥消费峰值后开始下降。研究预测2050年全球水泥消费量将达50亿吨，其中75%集中于中低收入国家。

基于建筑面积预测的自下而上分析

通过分析全球建筑面积增长（2025-2050年年均增加95亿平方米）与材料强度系数，研究验证了自上而下预测的稳健性。到2050年，水泥基材料需求将增长43%至294亿吨，与全球水泥与混凝土协会（GCCA）的预测一致。

减排技术潜力评估

研究聚焦六项可行技术：

1. 1.
   木材替代（减排潜力：水泥4-6%，钢材2-3%）：受可持续采伐量限制，替代潜力有限；
2. 2.
   结构设计优化（减排潜力：13-43%）：通过优化框架类型与布局，可降低材料强度系数；
3. 3.
   混凝土生产高效化（减排潜力：15-40%）：将典型水泥用量从350 kg/m³降至280 kg/m³；
4. 4.
   辅助胶凝材料（SCM）应用（减排潜力：15-40%）：通过石灰石煅烧粘土水泥（LC3）技术将平均替代率提升至50%；
5. 5.
   钢铁脱碳（减排潜力：42.5-90%）：电炉（EAF）炼钢结合电网脱碳，可实现100 kgCO₂/吨的排放水平；
6. 6.
   混凝土细粉循环利用（减排潜力：2.5-15%）：通过钙质细粉替代水泥原料。

讨论与展望

研究表明，现有技术可实现2050年建筑材料碳排放较2019年降低55%，但仍有约30%的排放缺口需依赖碳捕集（CCUS）等高价技术填补。研究特别强调，中低收入国家的非正规建筑部门需定制化低碳策略，例如推广低熟料水泥和预制混凝土砌块。该成果为区域差异化脱碳路径提供了科学依据，凸显了在满足全球发展需求的同时实现气候目标的可行性。