- 電漿加熱方法可提升水泥生產速度，減少化石燃料依賴。
- 新技術使水泥熟料形成速度快接近 100 倍，廢熱流失減少。
- 電漿製水泥具備耐用度，並可利用回收廢料作為原材料。
- 若電漿電力來自再生能源，加熱過程可達至零排放。
美國史丹福大學與加州大學柏克萊分校的研究人員合作開發出一種全新的電漿加熱方法，有望大幅提升水泥生產速度，同時減少對化石燃料的依賴。該技術由史丹福大學的 Qi Zheng 博士與 Yi Cui 博士，聯同加州大學柏克萊分校土木工程研究員 Paulo Monteiro 博士共同研發，利用溫度超過 4,352 度華氏（2,400 攝氏度）的電漿，直接加熱製造水泥的原材料。
在概念驗證測試中，極度高溫令原材料於數秒內轉化為水泥熟料，速度較標準生產快接近 100 倍。
新技術提升水泥生產速度
水泥熟料是一種深灰色、鵝卵石大小的物料，由石灰石與黏土在窯爐中加熱至約 2,642 度華氏（1,450 攝氏度）而成。研究團隊相信，這種方法能夠減少廢熱流失，並消除水泥窯爐燃燒化石燃料所產生的排放。Zheng 表示：「過程中存在大量中間步驟，導致嚴重的廢熱問題。」
水泥是全球消耗量僅次於水的物料，人均年消耗量平均達一立方米。然而，水泥產業同時是全球約百分之八二氧化碳排放的來源。儘管排放量驚人，自 1824 年水泥發明以來，基本生產工序幾乎沒有重大改變。傳統生產過程將石灰石、黏土及其他材料加熱至高達 2,552 度華氏（1,400 攝氏度），製成鵝卵石大小的熟料塊，再研磨成水泥粉。業界部分排放正是來自為水泥窯爐提供龐大熱能而燃燒的化石燃料。
電漿製水泥的環保特性
為減少排放，研究團隊轉向電力解決方案，建立一套以電漿取代燃料窯爐加熱的系統。電漿透過電流穿過電離氣體產生。研究團隊指出，4,352 度華氏以上的溫度能大幅加速熟料形成，令整個過程於數秒內完成。更快的生產工序減少了以廢熱形式流失的能量。傳統水泥生產的熱效率通常只有 30% 至 40%，相比之下，團隊實驗中電漿產生的熱能近 80% 都能直接用於水泥生產。
研究同時顯示，這種低碳水泥具備耐用度與可加工性等機械特性。團隊利用電子顯微鏡檢視物料後，發現電漿製程會產生納米級缺陷，而這些缺陷在接觸水分後迅速溶解，反而有助水泥更快凝固。研究團隊認為，新技術亦能支援更具循環特性的水泥產業——回收的水泥廢料可作為原材料投入電漿製程，兼顧減少廢棄物與碳排放。此外，若電漿所用電力來自再生能源，加熱過程本身亦可達致零排放。
研究人員現計劃與水泥業界持份者合作，評估技術能否擴展至大規模生產。Zhang 在聲明中總結表示，仍需測試「新技術是否有足夠的穩健性處理各類廢料，還是在投入機械之前必須先進行篩選」。研究成果已於 ACS Fall 2026 發表，即美國化學學會於芝加哥舉行的秋季會議，會議日期為 8 月 23 日至 27 日。
項目 規格 加熱方式 電漿加熱（電流穿過電離氣體） 電漿溫度 4,352 度華氏（2,400 攝氏度）以上 傳統窯爐溫度 2,552 度華氏（1,400 攝氏度） 熟料形成溫度 2,642 度華氏（1,450 攝氏度） 製程速度 數秒內完成，較標準生產快接近 100 倍 傳統製程熱效率 30% 至 40% 電漿製程熱效率 近 80% 全球 CO2 排放佔比 約 8% 人均年消耗量 平均一立方米 傳統製程發明年份 1824 年
電漿技術對水泥產業的影響
水泥產業是全球二氧化碳排放的重要來源，傳統生產方式依賴化石燃料，導致排放量驚人。新研發的電漿加熱技術不僅能大幅提升生產效率，還能顯著降低排放，符合全球對可持續發展的需求。透過將回收廢料納入生產過程，這項技術更能促進循環經濟，減少資源浪費。若能與再生能源結合，將使水泥生產進一步朝向零排放目標邁進，對環境保護具有深遠意義。