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日本“CO₂-SUICOM”混凝土每立方可固化100公斤以上二氧化碳
时间:2021-11-22    来源:砼策智库    分享:
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,将鹿岛建设株式会社的混凝土“CO₂-SUICOM”指定为吸收和固化CO₂的代表性技术之一。

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,将鹿岛建设株式会社的混凝土“CO₂-SUICOM”指定为吸收和固化CO₂的代表性技术之一。


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。


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,而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,从而进一步吸收和固化CO₂。


实验证明,水泥用量减少到原来的三分之一,而通过碳酸化可吸收的CO₂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”。


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(※)根据鹿岛技术研究所的估算制成


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,表面不仅变得致密,还可防水并保持强度。该研究得到了日本电气化学的协助,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化CO₂的功能。


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,因此一直被业界否定。但是,日本研发团队反其道而行之,特意促进CO₂的吸收,并观察固化后的状态。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。


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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



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。吸收和固化CO₂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。


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。但是以往项目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。


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使用SUICOM的路缘石(左)和铺路块



随着全球碳中和的发展,虽然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,因此混凝土地产地消是未来主流方向,但SUICOM生产设备制造商仅限于冈山,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,鹿岛株式会社呼吁各制造商共同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CO₂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。


据日本政府估计,2030年吸收CO₂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)。

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