它應該是人類最熟悉的人造建材了，不論是兩千年前的羅馬萬神殿，還是現代都市隨處可見的摩天樓和高速公路，離開了水泥都不可能完成。如果將全世界一年生產的水泥都倒在北京二環以內，我們會得到一塊重34億噸、約14米厚的巨石。而且這塊巨石的體積，每年都在增大，這主要歸功于中國和印度兩個超級建設大國。

這種建材的優點是顯而易見的：廉價、操作簡便，而且奇跡般地堅如磐石。可惜的是，它也是造成溫室效應的最大元兇之一。全球每年的碳排放中，有5%是在制造水泥的過程中貢獻的。以最常用見的硅酸鹽水泥為例，這種用石灰石加粘土在窯爐里煅燒出來的水泥，每生產一噸成品，向大氣排放的二氧化碳也接近一噸(約940千克)。

2000多年前，羅馬人發現把石灰、火山灰、水和石塊摻在一起后，可以凝固成非常堅固的物體，用它建造出的海港、紀念碑和各種建筑物可以長久地屹立不倒。到了19世紀20年代，英國一位名叫約瑟夫·阿斯普丁(Joseph Aspdin)的石匠師傅在廚房里將研磨過的石灰巖跟粘土混合在一起，將它們加熱，又加入水以后，發現這種混合物居然板結硬化了，看上去跟英國波特蘭島上產的建筑石料很相像。后來他將這種材料命名為“波特蘭水泥”，并申請了專利。從此，這種水泥的運用越來越廣泛，幾乎成了現代水泥的代名詞。

制造水泥的關鍵配料是石灰巖和鋁矽酸鹽粘土，它們各自含有不同的化學成分和雜質。在將它們加熱煅燒的過程中，粘土中的化學物質會形成硅、鐵和鋁的氧化物，而石灰巖因為含有貝殼類海洋生物留下的碳酸鈣，里面的二氧化碳會被高溫驅逐出去，剩下鈣氧化物。這部分被驅逐的二氧化碳，以及高溫煅燒時燃料所排放的二氧化碳，就是水泥制造過程中大量碳排放的來源。

在碳排放的代價日益昂貴的今天，無數的大公司都在為科研機構傾注資金，希望找到一個為水泥減碳的方法。麻省理工的混凝土可持續發展中心(CSHub)是全球研究水泥最權威的機構之一。自從2009年創立以來，這個擁有十多個贊助廠商的機構籌集的資金已經超過了1000萬美元。

“盡管水泥是一種再常見不過的東西，但至今為止，我們對它的產生原理卻知之甚少。”CSHub的負責人哈姆林·詹寧斯說。“一旦水泥粉接觸到水以后，內部會發生一系列環環相扣的反應，這些反應是非常微妙又復雜的，至今沒有人能準確地破譯出來。專家們在這個問題上的爭論，其猛烈程度簡直可以媲美宗教戰爭。”