雖然人為溫室氣體排放的最大來源是電力行業，但是，第二大來源就是常常被忽視的水泥行業，它占所有人為二氧化碳排放量的5-6%。每生產10公斤的水泥，水泥行業就會釋放9公斤的二氧化碳。世界每年消耗約3萬億公斤水泥，因此，這個行業最有可能減少二氧化碳排放量。盡管有些工藝正在進行探索，可以封存水泥生產中的二氧化碳，但是，到目前為止，沒有工藝可以完全消除它。

　　傳統上生產石灰要采用石灰石，燃燒化石燃料，在脫碳過程中會產生二氧化碳副產品。采用太陽熱能電化學生產工藝，太陽熱能用來加熱石灰石，促進電解，可誘發不同的化學反應，不會產生二氧化碳副產品。

　　要抓住這個機會，進行改進，有一個研究小組，來自弗吉尼亞州（Virginia）阿西布恩（Ashburn）喬治·華盛頓大學（George Washington University），他們已經開發出一種方法，可生產水泥，沒有二氧化碳排放。此外，科學家們估計，這種新的生產工藝更便宜，勝過水泥行業現在使用的工藝。

　　他們的研究發表在最近一期的《化學通訊》（Chemical Communications）上，科學家們描述這種工藝，稱為“太陽熱能電化學生產”（STEP ：Solar Thermal Electrochemical Production）水泥，或斯太普（STEP）水泥。這個小組以前曾使用類似的斯太普工藝，進行碳捕獲，有望減少大氣中的二氧化碳含量，使降低到工業化前的水平。

　　科學家解釋說，水泥生產過程中，60-70%的二氧化碳排放量的產生，是因為把石灰石轉換成石灰。這種轉換需要脫碳，或者說去除石灰石（碳酸鈣：CaCO3）中的碳原子和兩個氧原子，獲得石灰（CaO）和二氧化碳副產品。其余的排放來自燃燒化石燃料，比如用煤加熱干燥爐反應器，產生脫碳過程所需的熱量。

　　這種太陽熱能電化學生產工藝解決了這兩個問題，首先是取代化石燃料熱源，采用太陽熱能。太陽熱能不僅直接用來融化石灰石，而且也提供熱量，促進石灰石電解。在電解中，電流施加到石灰石上，會改變化學反應，這樣，石灰石不是分解為石灰和二氧化碳，而是分解成石灰和其他一些混合的碳原子和氧原子，這取決于反應溫度。當電解低于800攝氏度時，熔化的石灰石會形成石灰和氧氣。當電解高于800攝氏度時，產品是石灰、一氧化碳和氧氣。

　　“電解可改變反應的產品，因為石灰石要轉換為石灰，”合著者斯圖爾特·利希特（Stuart Licht）說，他是喬治·華盛頓大學化學教授。“不是產生二氧化碳，而是減少二氧化碳（增加電子），產物只有氧和石墨（可以直接存儲為固體碳）或一氧化碳燃料，塑料或藥品。這一成果，能耗低，產量高。”

　　分解后，碳原子和氧原子不再對大氣構成威脅，這不同于二氧化碳。里希特解釋說，在更高溫度的反應中，一氧化碳副產品可用于其他行業，如生產燃料、凈化鎳（nickel），生成塑料和其他碳氫化合物（hydrocarbons）。此外，一氧化碳的生產顯著低于市場價值，因為是采用這種太陽能熱電解工藝。主要產品是石灰，不與其他副產品發生反應，而是形成泥漿，就在容器底部，很容易移除。

　　“這項研究提出了一種低能耗的全新合成方法，可制成石灰，沒有任何二氧化碳排放，而且依靠的是熔鹽意想不到的溶解度屬性，”利希特說。“這種合成的完成，也可以不用太陽能，也不用我們的斯太普工藝，但是，特別有吸引力的地方，就是可以結合這項新的太陽能工藝。另外，這項新的合成技術可以用于工業中，生產水泥可以使用任何非太陽能的可再生能源或核能，沒有任何二氧化碳排放，或者說可以大大減少二氧化碳，只需使用化石燃料，促進新的水泥生產（在后一種，也就是最壞的情況下，產品是石灰、石墨和氧氣；仍然沒有二氧化碳產品，但是，二氧化碳可用作能源，以促進這一進程）。”

　　據研究人員介紹，這一斯太普工藝可以實施，預計成本低于水泥行業現有的工藝。事實上，在計算一氧化碳副產品的價值時，石灰生產成本實際上是負數。研究人員的粗略分析表明，總成本中的石灰石材料、太陽熱能和電力，是每噸石灰173美元，再加上0.786噸一氧化碳（每噸石灰產生0.786 噸一氧化碳）。一氧化碳的市場價值是每噸600美元，或每0.786噸471美元。所以，售出一氧化碳后，石灰生產成本是 173 美元－471美元 =每噸－298美元。相比之下，傳統的方式生產石灰，成本是每噸70美元左右。研究人員強調，這樣分析是不全面的，但它表明了斯太普水泥的成本效益，這甚至還沒有考慮，很有價值的是消除了二氧化碳排放。

　　科學家補充說，這種斯太普工藝可以擴展，超越水泥生產，進行其他應用，除把石灰石轉化成石灰以外，還可以凈化鐵和鋁；生產玻璃，造紙，制糖，用于農業；清潔煙囪；軟化水；消除污水中的磷酸鹽。

　　研究人員的下一步挑戰，是升級這項工藝，進行商業化。他們指出，蓋馬太陽能公司（Gemasolar）這家大型太陽能熱電廠已在運作。其他太陽能熱發電廠也在跟進，預計會減少用電成本。要保持穩定運營，熔鹽儲存熱能，可以使生產繼續進行，就是在波動的日照下和夜間也可以。另一個問題是找到足夠的碳酸鋰（lithium carbonate），用作電解質，但是，這種金屬在斯太普工藝中并不消耗，因此也不是一項經常性的成本。

　　“我們計劃升級戶外斯太普水泥原型，這一般需要增加各種有益的化學品，也都是我們新的太陽能工藝產生的，”利希特說。“目標是取代今天的化石燃料經濟，采用可再生的化學品經濟。升級是一個挑戰。雖然這個工藝是全新的，但是，個別組件（太陽能塔，24/7運行熔鹽存儲太陽能）已經到位。太陽能可以用來有效制備各種產品，不產生二氧化碳，而且太陽能效率高于光伏產品。”