利用混凝土与水泥构建脱碳社会！通过技术创新实现资源和CO2循环

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摘  要：“碳循环利用”技术是实现2050年碳中和的关键。为了充分利用CO₂作为资源，正在进行各种研发，其重点领域之一便是混凝土与水泥。本文将介绍混凝土与水泥产业为实现包括CO₂在内的终极“循环型经济”以及构建脱碳社会所采取的对策。

关键字：碳循环利用、碳循环水泥制造技术、循环经济、混凝土、水泥、脱碳社会、碳中和

混凝土与水泥产业是碳循环利用的重要领域

我们周围到处都是混凝土的杰作，包括水坝、道路、大楼等，而混凝土的主要原料是水泥。

水泥的原料利用了城市废弃物和灾害废弃物等。日本总废弃物的5%（约3000万吨）用于制造水泥，这有助于地方自治团体的灾后重建和维持政府职能。通过在水泥制造过程中高温燃烧这些废弃物，可以将其用作原料和燃料。

另一方面，日本的水泥产业每年会排放4147万吨（2019年）CO₂，因此必须采取相关对策来抑制CO₂排放量。针对该情况，捕捉和利用CO₂作为资源的“碳循环利用”技术变得尤为重要，相关机构正在推进其研究开发。如果能够回收利用混凝土与水泥产业领域排放的CO₂，预计将大幅削减日本的总CO₂排放量。

下面将介绍水泥领域的CO₂减排对策。

水泥的制造过程如下：调配石灰石、粘土、以及废弃材料或废弃塑料等废弃物原料，经高温煅烧后迅速冷却，加入石膏后粉碎。在高温加热后进行冷却的过程中会产生被称为“熟料”的中间产品，在生成熟料时必然会从石灰石中排出CO₂。

现在的水泥制造流程

在现有技术中，处理水泥制造过程中排放的CO₂时需要大规模设备，且耗能大，成本高。

因此，新的研发致力于开发一种在水泥制造过程中不向外排放CO₂并可高效回收CO₂的技术。在水泥制造工艺中，先在“预热器”中预煅烧石灰石等原料，然后在称为“窑”的水泥烧结炉中以1450℃的高温加热原料。在水泥制造工艺中产生的来自原料的CO₂几乎都是在预热器内部产生的。基于该工艺，将开发一种划时代制造技术——仅改造预热器部分，就能够回收水泥制造工艺中产生的CO₂的80%以上，并且能够直接利用现有设备。

除了在预热器中回收CO₂的技术之外，还正在开发以回收的CO₂为原料并循环利用废弃物以制造水泥原料的新技术。现有的水泥材料使用回收的社会中产生的各种废弃物和副产物，例如废轮胎、废塑料、木屑、建设用土、制铁矿渣、下水道污泥等。实际上，2011东日本大地震等产生的灾害废弃物也能够用于水泥制造。

废弃物接收量的变化与灾害废弃物的接收处理案例

在新技术开发中，计划从废弃混凝土等废弃材料中提取出钙，使其吸附水泥制造工艺中排放的CO₂形成CaCO₃，从而生成代替水泥主要原料即石灰石的人工石灰石。如果这一计划能够实现的话，将创造出无需使用石灰石的“碳循环水泥”，其得到普及的话，有望进一步提高CO₂削减效果。

回收利用CO₂和废弃物等的碳循环水泥制造技术

目标到2030年左右实现该碳循环水泥制造技术的实用化。在水泥领域，通过该技术，能够回收产自石灰石的全部CO₂，并利用回收的CO₂制造碳酸盐，以用作水泥原料等。

开发最大限度吸收CO₂的混凝土技术

接下来，对混凝土领域的CO₂削减方法进行介绍。

混凝土是在作为主要原料的水泥中混合砂砾和碎石等骨料、水、用于提高混凝土品质和强度的混合材料而制成。

今后的课题是如何使CO₂固定量达到最大化；同时，尽可能降低成本也很重要。目前，一部分利用CO₂制成的水泥产品已经商业化，其价格为一般水泥产品的2~3倍，因此需要将该水泥的成本降低到与现有水泥产品相同或更低的水平，并促进其在市场的普及（参考：预制混凝土（在工厂内预成型的混凝土）：30日元（约1.67元）/kg左右；新拌混凝土：8日元（约0.45元）/kg左右）。

为了解决这些课题，需要开发能最大限度固定CO₂的材料（骨料、混合材料）、复合利用这些材料的技术、以及在使CO₂固定量最大化的同时降低成本的混凝土制造方法。

削减CO₂排放量并使CO₂固定量最大化的混凝土方案

另外，混凝土用于大型建筑物，对强度和长期耐久性的要求很高，因此大前提是保证长期安全性。使CO₂固定量最大化的混凝土也一样，需要确立质量管理方法和CO₂固定量的评价方法。目前，无论是日本还是全球都还没有制定CO₂固定量相关标准，因此今后将进行验证和数据收集等，以规范评价方法。关于吸收CO₂制成的混凝土，计划在2030年之前降低成本，并制定质量管理方法和国际标准。

以实现终极循环经济为目标

混凝土和水泥的整体流程图

通过回收制造水泥时排放的CO₂以防止向大气中的排放，再从回收的CO₂和废弃混凝土等中提取钙以用作水泥原料，可以构建不排放CO₂的循环。另外，将在水泥制造工艺中回收的CO₂和碳循环水泥用作制作CO₂减排和固定量最大化混凝土的原料，并在拆除使用这种混凝土的建筑物后，将其作为原料再次利用，可以实现零浪费的资源利用。

今后，还计划与建筑业的相关各方合作，构建覆盖混凝土与水泥产业，乃至整个建筑业的废弃物等循环系统。由此，在实现碳中和社会的同时，还能实现可持续的资源循环系统。

如上所述，如果能在混凝土和水泥领域实现资源和CO₂循环利用的终极“循环经济”，则将成为实现脱碳社会的重要举措。为了在2030年实现该“循环经济”，需要产学研官共同推进各项技术和产品的开发。

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翻译：肖永红

审校：贾陆叶

李   涵

统稿：李淑珊

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