5月9日，东南大学缪昌文院士、周扬教授团队最新科研成果——全球首创的仿生自发电-储能混凝土正式发布，引发广泛关注。水泥混凝土从“耗能大户”华丽转身为“节能先锋”，这不仅为建筑行业节能减排开辟了全新路径，也折射出江苏科研团队在相关领域领跑全球的蓬勃发展态势。水泥“充电宝”、韧性媲美合金钢的仿生混凝土……这些扎根产业需求的创新成果，正让“灰色建材”焕发出绿色生机。

破局：传统建材的“双碳”突围战

水泥混凝土，是建筑行业的“中流砥柱”，却也是碳排放的“重灾区”。我国现有城乡建筑面积超600亿平方米，若全部使用传统混凝土，仅生产环节的碳排放就相当于每年燃烧超过20亿吨标准煤。

更严峻的是，传统混凝土的‘先天缺陷’——容易开裂、难以自我修复等，往往导致桥梁、地铁等基础设施在服役几年或十几年后就需要“大修”。“据市场估计，我国基础设施的年维修费用在数百亿元。”中国工程院院士唐明述的话，道破了传统建材的双重困境。

数据显示，在生产端，每生产1吨水泥排放约0.9吨二氧化碳，水泥行业碳排放约占全球碳排放的8%；而在使用端，建筑全过程能耗占全国能源消费总量的45%以上，且中国民用建筑平均寿命不足50年，拆除重建又形成“碳循环黑洞”。

国务院印发的《2024—2025年节能降碳行动方案》中指出，要加强建材行业产能产量调控，推进建材行业节能降碳改造。加快水泥原料替代，提升工业固体废弃物资源化利用水平。2024—2025年，建材行业节能降碳改造形成节能量约1000万吨标准煤、减排二氧化碳约2600万吨。

“改变必须从材料源头开始。”中国工程院院士缪昌文认为，我们要将传统水泥混凝土从“环境负担”变成生态伙伴，这是一项巨大变革。

仿生：传统水泥“进化”成超材料

2020年，东南大学在全球率先提出“水泥超材料”概念，以“结构再造 + 功能赋能”为核心，让拥有两千年历史的水泥突破传统建材边界，成为能发电、储能、抗极端环境的“超级材料”。五年间，多个教授团队以自然为师，用中国原创定义材料科学新赛道。

传统水泥只能承重，周扬团队却受植物根茎组织高效传输机制启发，在混凝土内部构建离子传输“高速公路”，研发出仿生自发电-储能混凝土（包含自发电水泥基超材料、自储电水泥基超级电容器两大技术模块）。

周扬告诉记者，不同于“靠天吃饭”的光伏发电，水泥“充电宝”利用离子热电效应，只要存在温差就能持续发电。“对于水泥混凝土墙壁来说，冷热温差几乎是一直存在的，这也意味着，每一栋采用该材料的建筑，都可以成为一座‘微型发电厂’。”据悉，自发电水泥基超材料在力学性能上同样表现优异，相比普通水泥，抗压强度提升60%、韧性增强近10倍。

自储电水泥基超级电容器同样令人惊叹。周扬现场向记者展示如何通过“板砖”为手机充电，充电过程“丝滑”程度可媲美传统充电宝。

“我们还基于特种磷酸镁水泥研发储能材料。经测算，如若将其制成储能墙板，可存储居民住宅约一天的用电量，与光伏配套使用，能提升光伏利用率30%以上，降低用电成本超过50%。”周扬说。

东南大学佘伟教授团队在水泥基材料领域同样借用了“仿生魔法”。“我们从贝壳珍珠层和天然竹子中汲取灵感，采用常见铝酸盐水泥和高分子聚合物作为原材料，借助机器学习辅助反向设计方法，成功制备出一种拥有梯度砖-泥（BM）结构的仿生水泥基材料，其超高冲击韧性媲美合金钢。”佘伟介绍，这种性能“逆天”的材料，静态韧性和冲击抵抗力较普通水泥基体分别提升700倍和600倍，抗冲击性能甚至“碾压”自然岩石、纤维增强水泥基材料和部分合金。

而就在去年，佘伟团队通过墨鱼骨仿生设计，将水泥与气凝胶结合，研发出了一款新型水泥气凝胶材料，实现了绝热性能优异、强度高且成本仅为传统气凝胶二十分之一的重大突破。该材料不仅展现出轻质高强和卓越的抗震性能，突破了水泥基材料隔热性能的极限，同时借鉴荷叶仿生设计，研发团队开发出超疏水改性技术，实现了水泥从亲水到超疏水的蜕变，在高湿环境下显著提升材料的防护性能与使用寿命。

“目前，这项成果已获得千万级投资，正在南京进行中试，预计今年底推出首批应用级产品。”佘伟说。

落地：全生命周期减碳革新

当水泥基混凝土通过仿生设计实现性能跃升，科研的目光顺势投向了更广阔的产业图景。如何让水泥基材料从生产源头到应用终端都自带“减碳基因”？从“向自然借结构”到“向工业要绿色”，一场覆盖材料全生命周期的革新正同步推进。

2022年11月，全球首条钢渣捕集水泥窑烟气二氧化碳制备固碳辅助性胶凝材料与低碳水泥生产线在河南竣工投产。

“该技术主要解决了钢渣资源化利用的难题。”在南京工业大学实验室内，该项目技术负责人莫立武教授向记者展示了一罐深灰色粉末——钢渣微粉与二氧化碳的“化学反应产物”。

“我国每年产生超过1.5亿吨钢渣，其含有的游离氧化钙、游离氧化镁等有害物质，导致钢渣在建材中使用存在一定安全隐患。”莫立武介绍，团队将钢渣与水泥窑烟气中的二氧化碳进行反应，将游离氧化钙等有害物质会转化成碳酸钙，既起到了固碳的作用，又提高了钢渣的稳定性。

“钢渣不再是污染，烟囱废气成为原料，混凝土的‘碳旅程’从‘排放者’变成了‘终结者’。”莫立武团队攻克的钢渣固碳技术，不仅消纳了工业固废，更让混凝土在硬化过程中主动“吞噬”碳排放，实现“生产即固碳”。

此外，针对部分水泥混凝土材料抗腐蚀、抗冻等耐久性能不足，导致混凝土结构的反复拆建和修补的问题，团队聚焦水泥混凝土基础设施耐久性提升、混凝土病害的诊断修复与防治研究。

在兰青线铁路小峡隧道病害整治中，莫立武团队研发的抗硫酸盐氯盐耦合腐蚀修补材料，能在3小时“天窗期”内快速施工，其性能足以应对西北严苛环境。这种“修复延寿”技术避免了新建工程的高碳排放，让既有建筑“延年益寿”成为减碳刚需。该项目2024年开展工程示范，预计2026年完工。

“实验室中研发出新型水泥基混凝土材料还不够，更要将这些材料用在‘刀刃’上。”中国矿业大学副教授王勇以团队多功能空腔楼盖的技术成果举例，原本楼板的功能只是承重，而现在团队利用楼板空腔实现了消防、排烟和通风等多功能一体化，实现低碳环保、节约资源等重大意义。“这其中，如果能将楼板的材料从普通混凝土替换为特种混凝土，则可充分发挥多功能空腔楼盖的工程价值，有助于实现结构设备一体化。”

在王勇看来，新材料的真正价值，在于让工程“痛点”变成“亮点”。这种功能集成化设计，正是低碳建材从“性能突破”到“场景落地”的关键一跃。

破茧：把不可能变为可能

用仿生学解开“结构密码”，用固碳技术重构全生命周期“碳循环”，江苏科研团队改写的不仅是一块砖、一方混凝土的属性，更是整个建筑产业的发展逻辑。

从“能用”到“愿用”，从“试点”到“普及”，需要多方持续同频共振。近年来，江苏陆续出台《江苏省工业领域碳达峰及重点行业碳达峰实施方案》等地方配套方案，为技术落地提供了“操作指南”。政策的“东风”，为这场材料变革注入强劲动能。

“在科研世界里，只怕想不到，不怕做不到，我们就是要把不可能变为可能。”缪昌文告诉记者，“曾经被视作‘必然’的水泥开裂难题，如今已被攻克。就拿在建的世界第一大跨悬索桥——张靖皋长江大桥来说，我们的技术完全能实现混凝土‘零裂缝’。”这份底气，源自江苏科研团队对材料极限的不断突破。

然而，新技术的普及之路并非坦途，“隐形价值”与“显性成本”的矛盾也是一大挑战。在莫立武看来，即使是普通住宅使用的混凝土，也可能搭载相关创新技术，但终端用户难以直观感知这些“隐性技术”的价值。“新技术从‘0到1再到100’的转化，需要跨过工艺稳定性、成本优化、标准适配等多重关卡。唯有以创新突破工艺瓶颈、降低应用成本、完善标准体系，才能让新技术打破‘示范孤岛’。”

“现在年轻人的思维很开阔，我常鼓励他们打破思维定式，敢于挑战权威。”缪昌文眼中闪烁着期待，“科技创新本就是一场漫长的征途，尤其是原创性成果走向工业化之后，面临的宏量制备等问题，这需要科研团队不断进行创新改进。”

新华日报·交汇点记者 谢诗涵

摄影 刘莉