建筑行业是全球能源消耗和碳排放的主要领域之一。国际能源署（IEA）数据表明，建筑行业运营能耗约占全球最终能源消耗总量的30%，碳排放量占全球能源相关排放 ^[1] 的26% ^[2] 。2025年2月，《自然》（ Nature ）发表题为《我们每年使用300亿吨混凝土——如何使其可持续》的研究论文，提出了从材料设计、生产工艺到建筑全生命周期的创新策略，包括采用低碳水泥、再生混凝土、工业废料再利用、生物基负碳材料、碳捕集与封存（CCS）等技术以及智能化施工管理，以实现建筑行业碳中和目标 ^[3] 。3月17日，联合国环境规划署（UNEP）与全球建筑建设联盟（GlobalABC）发布的《2024—2025年全球建筑与施工状况报告》显示，2024年，建筑行业的二氧化碳排放量自2020年以来首次下降 ^[4] 。本文通过梳理2024年以来建筑行业脱碳战略部署，分析关键脱碳技术的研发进展和示范项目，为我国建筑行业脱碳技术创新提供参考。

一、建筑行业脱碳战略部署

2024年，多国发布建筑行业脱碳相关政策，制定脱碳目标并部署实施路径。3月，我国国家发展改革委、住房城乡建设部发布《加快推动建筑领域节能降碳工作方案》，提出到2027年超低能耗建筑实现规模化发展，既有建筑节能改造进一步推进，建筑用能结构更加优化，建成一批绿色低碳高品质建筑，建筑领域节能降碳取得显著成效。4月，美国发布首份《建筑行业脱碳国家蓝图》，制定四个战略目标和五种技术解决方案，旨在到2035年实现建筑物温室气体排放量减少65%、到2050年减少90%的目标 ^[5] 。 5月，欧洲更新实施《建筑物能源性能指令》 ^[6] ，引入了一系列广泛政策，提高欧盟国家的建筑翻新率，实现从2030年起所有新建筑都是零排放建筑、到2050年实现零排放建筑存量的目标。7月，加拿大发布《绿色建筑战略》 ^[7] ，提出加快建筑改造速度、建造绿色环保建筑、塑造未来建筑行业三个优先事项，旨在加速建筑脱碳进程、提升建筑存量韧性并促进经济增长和就业。

二、建筑行业重点脱碳技术研发进展

建筑行业碳减排目标的实现，重点在于降低因能源消耗和材料使用而产生的碳排放，主要通过使用变革性技术提高能源利用效率，并以零碳能源替代品取代化石能源，实现从源头上减少碳排放。根据全球主要经济体的技术部署，建筑行业脱碳技术路径主要包括能效提升、电气化和清洁供暖、现场能源生产和灵活利用、绿色建筑材料和工艺以及运营和维护的智能化管理等五种方式。

（1） 能效提升技术。 通过提高建筑围护结构性能（如隔热、密封）和优化建筑服务系统（如照明、供暖、通风和空调系统）可显著降低建筑能源需求。2024年10月，美国能源部通过ARPA-E拨款1800万美元支持“先进超级绝缘玻璃跨越发展”项目，开发新一代绝缘玻璃单元，使其热性能比现有技术提升3倍以上 ^[8] 。

在智能窗技术领域， 2024年3月，东南大学研究人员提出将发光太阳能聚光器与电致变色超级电容器“面对面”集成，避免了笨重储能模块的安装，提升了智能窗的实用性和能效 ^[9] 。 2025年1月，美国劳伦斯·伯克利国家实验室研究人员通过分析100多种材料样品，并在全球2000多个地点进行280多万次模拟，优化了热响应材料的内在特性，发现热响应窗在需要加热和冷却的气候区域表现尤为突出，但在低纬度热带地区，其动态特性受限于最佳过渡温度的选择 ^[10] 。 与此同时，相变材料在热能存储方面取得突破。2025年3月，美国国家可再生能源实验室研究人员将相变材料纳入建筑吊顶中，并与控制系统集成，实现99.6%的峰值负载转移和98.9%的节电效果，显著降低能源成本 ^[11] 。

（2） 电气化和清洁供暖 技术 。 在能源部门低碳转型的背景下，加速建筑能源使用的电气化进程，减少运营阶段的碳排放。热泵、电磁炉和电热水器等高效电气技术成为转型的核心，同时区域供热系统利用可再生能源、工业余热或垃圾焚烧等低碳热源，进一步降低供暖碳排放。 IEA将可再生能源驱动的热泵作为新建筑和供暖改造的首选 ^[12] ，热泵技术也被《麻省理工科技评论》评为“2024年十大突破技术”之一 ^[13] 。欧洲将热泵作为电气化的重要途径，2024年5月，欧盟《净零工业法案》生效，提出到2050年热泵部署增加6倍 ^[14] 。2024年2月，英国公共部门脱碳计划已进行到第四阶段，政府确认向公共部门提供高达11.7亿英镑的资金安装热泵等低碳供暖系统 ^[15] 。

研究表明，电气化是建筑脱碳的最佳途径之一。 2024年8月，美国劳伦斯伯克利国家实验室发现，先进建筑技术的协同作用可显著推动电气化和能源系统脱碳 ^[16] 。2025年2月，荷兰环境评估署进一步发现，需求侧策略优化可实现51%~85%的建筑物减排，其中电气化相比于减少活动和提高技术效率的减排效果最为显著 ^[17] 。热电联产系统在住宅和轻型商业建筑中的应用研究也取得进展。2024年5月，美国橡树岭国家实验室开发出微型热电联产系统，电效率达35.2%，突破了小型内燃机系统30%的效率上限 ^[18] 。2024年7月，美国普林斯顿大学的 研究表明，新建燃煤热电联产厂可能导致大量碳锁定，而扩大工业余热和热泵使用可避免新建热电联产设施，并在2020—2030年间减少26%的碳排放 ^[19] 。

（3） 现场能源生产和灵活利用 技术 。推动建筑向能源生产单元转型，通过部署光伏和储能技术等实现建筑能源的自给自足，并与电网形成良好互动，缓解传统电网压力。2024年5月，德国发布第八期能源研究计划应用能源研究资助公告，重点资助建筑系统设计优化，实现不同时间尺度的储热与负荷转移，最大限度提升可再生能源及各类经济可行热源（如地热、太阳能热及废热）的利用效率。

低效的建筑电气化 需要 大规模建设可再生能源和季节性储能，但有可能导致电网拥堵和供需不匹配等电能质量问题。为解决上述难题，2025年1月，加拿大阿尔伯塔大学开发能源模型，评估北美社区绿色氢系统部署路径，发现最优与最差路径成本差异达60%，家庭集中式选项为首选，增加储能可降低系统成本四倍 ^[20] 。2025年2月，阿联酋哈利法大学梳理了建筑可再生能源集成模型，提出优化能源配置方法，支持建筑减排和能源自给。并指出SAM和REopt模型可分别用于模拟太阳能集成和优化能源流动，减少对电网依赖 ^[21] 。同年，德国卡尔斯鲁厄研究所采用耦合能源模型，优化能效和建筑翻新，证明减少峰值供暖需求49%可节省442亿欧元配电网投资，减少75%输电网拥堵，到2030年每年减排2亿吨温室气体，超出当前目标10% ^[22] 。

（4） 绿色建筑材料和工艺。推广 使用低碳与零碳材料（如大宗木材、再生材料）并结合模块化建筑和预制技术可减少隐含碳排放和施工浪费。水泥占建材行业碳排放的85%，利用工业固废（如粉煤灰、矿渣）替代水泥，结合碳捕集技术，可减少混凝土生产过程中30%~40%的碳排放。

2024 年 6 月， 美国西北大学开发出新型混凝土制造工艺，二氧化碳封存效率达45%，且不影响混凝土性能 ^[23] 。 2024 年 7 月， 英国帝国理工学院的研究表明，二氧化碳矿化技术可减少0.39吉吨二氧化碳当量排放，减排成本比碳捕集与封存技术低2~5倍 ^[24] 。 2024 年 10 月， 美国弗吉尼亚大学开发出结合石墨烯、石灰石和煅烧粘土水泥的3D打印混凝土材料，减少31%的温室气体排放 ^[25] 。此外，预制化、模块化的木结构建筑可减少施工废弃物50%以上，且木材的固碳特性使其全生命周期碳排放显著低于混凝土建筑。2024年8月，美国马里兰大学研究人员通过基因编辑技术开发出可直接用于建筑的高性能结构木材，无需通过化学方法及能源密集型加工过程，避免了废物的产生并可实现长期碳封存 ^[26] 。

（5） 运营和维护的智能化管理。 通过应用人工智能和物联网等智能管理技术可优化建筑能效，确保建筑系统在全生命周期内高效运行。此外，结合生成式设计、模拟技术和BIM支持的工程优化方法，企业能够在施工前对建筑物的性能表现和碳足迹进行精准建模，并估算项目成本和进度，从而实现高效、无缝的项目交付。同时，倡导低碳生活方式，提升建筑使用效率。2024年7月，美国劳伦斯伯克利国家实验室研究表明，人工智能（AI）可显著提升建筑能效和碳减排效果。通过量化建筑设备、使用行为和控制运营中的减排潜力，AI到2050年可减少8%~19%的能源消耗和碳排放，结合低碳政策后，减排效果可达40%~90% ^[27] 。

三、建筑行业脱碳示范项目进展

IEA数据显示，截止到2024年10月，项目周期在2024年及之后的建筑行业脱碳示范项目有30个 ^[28],[29] 。其中，耦合二氧化碳捕集、利用和封存技术（CCUS）的水泥示范项目占比为60%。以下为若干代表性项目进展情况。

2024年1月，美国 Sublime Systems首次实现了电化学水泥的千吨级商业生产 ^[30] 。Sublime Systems创新的电化学系统将利用清洁电力和无碳原材料生产水泥，避免了传统水泥制造中的二氧化碳排放。公司计划于2026年启动了位于美国马塞诸塞州的Holyoke工厂，每年可生产数万吨低碳Sublime水泥 ^[31] 。

2月，墨西哥Cemex公司研发了一种通过熟料微粉化降低碳排放的新方法。该技术通过减小熟料颗粒尺寸并结合专有外加剂，显著降低每吨水泥的熟料系数，在减少碳足迹的同时保持强度符合全球最高标准。由其瑞士研发中心开发的这一工艺为传统熟料研磨提供了高效替代方案，并已通过工业规模试验验证可行性 ^[32] 。

3月，美国Brimstone公司宣布建设一座年产14万吨普通波特兰水泥及补充胶凝材料的创新工厂，预计每年减少12万吨二氧化碳排放。该工艺采用无碳硅酸钙岩石作为原料，避免了石灰石分解产生的高碳排放，并能生成可永久吸收二氧化碳的镁化合物，从而实现深度脱碳。Brimstone的工艺可低成本大规模生产符合行业标准的水泥，被IEA列为塑造现代能源系统的50项关键技术之一 ^[33] 。

此外，由美国 加州国家水泥公司牵头的Lebec净零项目计划在加利福尼亚州Lebec水泥厂生产碳中和水泥。项目将结合混合水泥生产、替代燃料及碳捕集技术，每年封存95万吨二氧化碳 ^[34] 。具体措施包括：利用开心果壳等农业副产品替代部分化石燃料；采用碳密集度较低的煅烧粘土生产石灰石煅烧粘土水泥（LC3）；以及捕集和封存工厂剩余的二氧化碳排放 。

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