可吸收CO2的混凝土引发关注，每立方米可固定100公斤以上

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摘  要：被视为引发全球变暖主要原因的二氧化碳（CO₂）正在被重新视为一种资源并被有效利用。随着应对气候变化措施的加强，基于新理念对CO₂进行活用的“碳循环”备受期待。日本政府在2020年12月制定的“绿色增长战略”中将其指定为政策支援的重点领域，并将鹿岛建设株式会社的混凝土“CO₂-SUICOM”（SUICOM，同日语“吸い込む”发音，意为“吸收”。译者注）指定为吸收和固定CO₂的代表性技术之一。本文探讨了日本鹿岛建设株式会社以实现碳中和（温室气体净零排放）为契机，推进该混凝土普及加速的措施。

关键字：CO₂-SUICOM、混凝土、碳循环、γC2S、碳酸化、碳中和

每立方米固定100公斤以上

“温度50℃，CO₂浓度80%”——在鹿岛技术研究所西调布实验场（东京）的一角，一个形状类似于商用冰箱的装置发出微弱的运转声音。将视线从显示装置内环境条件的数字面板转移到玻璃门中，发现一排直径10厘米、高20厘米的圆柱形混凝土。

“通过混凝土吸收高浓度的CO₂，并将其固定于内部。”高级研究员取违刚对制造SUICOM时使用的CO₂吸收装置进行了说明。

在西调布实验场工作的CO₂吸收装置前的高级研究员取违刚

广泛用于住宅和高层建筑的普通混凝土通过将沙子或砾石与水泥混合制成，其中水泥与水反应发生硬化。沙子和水在制造过程中基本上不会排放CO₂，但是在1400℃左右烧制石灰石所制成的水泥会排放大量CO₂。据鹿岛技术研究所计算，生产1立方米混凝土时，来自水泥的二氧化碳排放达288公斤，占混凝土生产总排放的一半以上。

与此相对，SUICOM使用一种通过与CO₂反应并“碳酸化”而固定的特殊材料（γC2S），作为水泥替代材料的一部分。过去，通过使用遇水硬化的高炉矿渣等工业副产品作为水泥替代材料从而减少二氧化碳排放，如今通过混合γC2S，可进一步吸收和固定二氧化碳。结果，水泥用量减少到原来的三分之一，而通过碳酸化可吸收的二氧化碳的量为100公斤以上，超过这一部分水泥产生的约90公斤的排放量，从而实现了将排放量减少到零以下的“负碳”。

（※）根据鹿岛技术研究所的估算制成

取违研究员表示：“虽然传统技术也可以减少碳排放，但不能减少至零以下。二氧化碳的吸收和固定对于实现碳中和至关重要。”

颠覆常识的思维转变

SUICOM于2008年开始被研发，旨在成为世界首创技术。2010年利用共同开发的中国电力三隅发电站（岛根）的废气和煤灰进行生产，目前已进入实用阶段。

正是多年材料研究的积累和思想上的大胆转变，才使得划时代的开发走在世界前列。

用于建筑物和基础设施的混凝土除了强度和施工性外，还需要具有耐久性。鹿岛技术研究所将耐久性作为课题之一进行了大约30年的研究，重点关注古代遗留下来的遗迹。调查在中国发掘的约5000年前的住宅遗址的混凝土后发现，当时中国部分地区使用的混凝土与炉灶等生活中排放的CO₂发生反应，表面变得致密，可防止水的侵蚀并保持强度。

土木材料小组长渡边贤三回忆说：“发现碳酸化对提高耐久性十分有效，因此认为其可以用来延长使用寿命。”这项研究得到了拥有促进碳酸化的γC2S相关知识的化学制造商——日本电气化学的协助，并于2006年取得成果，成功制成预计寿命为1万年的混凝土“EIEN”。在探索下一步发展的同时，鹿岛技术研究所还在关注其吸收和固定二氧化碳的功能。

参与EIEN研究的土木材料组长渡边贤三

普通混凝土为碱性，可以防止内部使用的钢筋等生锈。碳酸化有可能削弱这个功能，因此一直被业界常识否定。但是，取违等研究员反其道而行之，“特意促进CO₂的吸收，并观察固定后的状态”。除了中国电力和日本电气化学之外，还与混凝土预制产品制造商兰德斯（冈山）进行合作开发，耗费约两年时间寻找γC2S和其他材料的配比，最终制成了SUICOM。

据鹿岛技术研究所称，碳酸化会略微增加强度。此外，还讨论了使用玻璃纤维作为钢筋增强材料等方法，其普及备受期待。

由SUICOM制成的消波块（右）和普通混凝土。SUICOM使用日本电气化学的γ-C2S代替水泥，像植物一样吸收和固定CO₂

到2030年市场规模或将达到15至40万亿日元（约0.8万亿元-2.3万亿元）

日本政府于2021年7月修订了《绿色增长战略》中位于重点领域的碳循环技术开发的路线图。吸收和固定二氧化碳的混凝土将从2030年左右开始普及到路障等特定用途，到“2040年左右”将推广至需求量很大的通用产品。在修订前，推广至通用产品被定为在“2050年左右”，但此次修订将行动提前。

但是，SUICOM的普及推广仍要面对许多需要跨越的障碍。鹿岛技术研究所表示，SUICOM自投入实际使用至今已有10年的时间，其中包括以环保为特征的公寓吊顶、太阳能发电厂的地基等约15个案例。高级研究员坂井吾郎对这些案例进行总结，并分析称：“至今为止，一直重视混凝土的强度等，对其CO₂吸收功能基本上没有需求。”

使用SUICOM的路缘石（左）和铺路块

随着全球碳中和潮流的发展，SUICOM可提供的附加值得到了重新评估，但仍存在生产体制和价格等问题。由于运输成本占比较大，因此地产地消是混凝土的主流，但SUICOM生产设备制造商仅限于兰德斯株式会社（冈山县真庭市）等，无法满足大量需求。此外，因其使用特殊的替代材料，所以价格为1公斤100日元（约5.63元），比普通混凝土制品的30日元（约1.69元）高出3倍以上。

因此，鹿岛株式会社呼吁都市圈的制造商合作，推进生产网络的整备。同时，还将通过提高制造工艺的效率以及扩大应用领域等实现降本。

目前，SUICOM采用在工厂预成型的“预制”法制造。碳酸化有时耗时较久，但通过在表面打孔并增加与二氧化碳接触的部分，实现了4厘米厚的混凝土板的制造周期为一天，与普通产品相当。

另外，还在研究将其应用于建筑工地现场浇筑，其市场规模远大于预制混凝土。在日本，主要用于路障和混凝土板的预制混凝土的年使用量为1500万立方米，而作为大规模建筑物结构材料的现场浇注是其5.5倍，为8200万立方米。预制混凝土的年CO₂排放量为450万吨，而现场浇筑为2500万吨，CO₂排放的削减空间更大。

鹿岛建设株式会社从2020年开始接受新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的委托研究，致力于扩大SUICOM的应用领域，探索如何在建筑工地实现CO₂的吸收和固定，提高SUICOM引入的自由度，扩大需求。

管理SUICOM研发的高级研究员坂井吾郎

据日本政府估计，2030年吸收二氧化碳的混凝土的市场规模预计将扩大到15-40万亿日元（约0.8万亿元-2.3万亿元）。鹿岛建设株式会社能否作为先驱者开拓新市场，并以气候变化政策为契机，促进企业成长呢？坂井研究员回答道：“住宅、大楼、桥梁等所有建筑物的混凝土都有吸收和固定二氧化碳的潜力。希望通过扩大SUICOM的使用，为碳中和作出贡献。”

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翻译：李释云

审校：李   涵

贾陆叶

统稿：李淑珊

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