混合セメントが米国のセメント排出量をどのように削減できるか

セメント製造は地球温暖化の主な原因であり、この産業を国に例えると、世界で 3 番目に大きな温室効果ガス排出国となるでしょう。 業界を脱炭素化し、ネットゼロを達成するには、既存および新興のさまざまなテクノロジーソリューションが必要になりますが、特効薬はありません。 しかし、米国には、排出量を削減し、セメント部門の世界との競争力を高めるのに役立つ、比較的未開発の解決策があります。

米国のセメントは、他国で生産されたセメントよりも排出量が多い。 これは、他の多くの国で使用されている、すぐに入手できる脱炭素化ソリューションである低炭素「混合セメント」の導入が米国で遅れていることが一因だ。 米国の製造プロセスを混合セメントを採用するように変更することは、経済的にも環境的にも理にかなっていますが、行動する必要があるのは製造業者だけではなく、あらゆるレベルの建設業界と政策立案者が参加する必要があります。

なぜ米国セメントは排出量が多いのか

米国のセメントが特に排出量が多い理由を理解するには、コンクリートとの関係を議論することが重要です。 日常用語ではコンクリートとセメントが混同されることがよくありますが、この 2 つの材料は別のものです。 コンクリートは、建物、道路、橋などに使用される最終製品です。 セメントはすべてをまとめる重要な成分であり、 コンクリートの製造に伴う温室効果ガスの主な排出源。

の セメント中の主な排出源 セメントの中間結合材であるクリンカーに由来します。 クリンカーは、石灰石やその他の材料を加熱する、排出量の多いプロセスを使用して生成されます。 合計すると、コンクリートの製造に伴う二酸化炭素排出量の約 70% がクリンカーの生産に起因します。

米国のセメントにはクリンカーが多く含まれているため、他の多くの国で製造されたセメントよりも排出量が多くなります。 米国におけるクリンカーとセメントの平均比率は次のとおりです。 0.88 (つまり、セメント 1 トンあたりクリンカー 880 キログラム)。 世界平均は 0.76 で、EU、インド、中国ではその比率は次の範囲にあります。 0.64と0.76。 2019 年の米国のセメント生産の排出原単位は約 20%高い 世界の他の主要なセメント生産地域よりも多い。

この違いの理由は、米国とは異なり、他の国では主にクリンカーの一部を補助セメント質材料 (SCM) として知られる低炭素材料と交換することによってセメントを生産していることです。 SCM には、スラグや飛灰などの廃棄副産物、または粘土などのその他の天然物質が含まれます。 このクリンカーの代替は通常、工場でセメントを製造して「混合セメント」を製造する際に行われます。 米国の製造業者は、セメントの製造中に大量の SCM を使用することはあまりありませんが、SCM は通常、コンクリート自体を混合する際にセメントに添加されます。

クリンカー代替がセメント排出量削減にどのような役割を果たすか

米国では SCM がコンクリートに含まれているため、コンクリートに含まれる物質の違いを考慮することが重要です。 セメント 各国の排出原単位は、実際には公平な「同一対同一」の比較です。 総結合剤（つまり、セメントや SCM を含む結合材）とコンクリートの比率を比較することは、米国におけるクリンカー代替を他の国と比較するためのより良い尺度となるでしょう。 しかし、米国のコンクリートにおいて、SCM がセメント、つまりクリンカーにどの程度置き換えられているかに関するデータは、 難しい 来るために。 コンクリート混合物および関連する温室効果ガス排出量に関する一貫した公開データは、全米の何千ものコンクリート供給業者にとって利用可能ではありません。

米国でコンクリートの製造に使用されるセメントの平均量の最近の推定値 — 10%～15% 量的には、世界の他の地域と一致しています。 そして最近の報告書によると、米国の具体的な排出強度は より高い 他のいくつかの国よりも。 これは、米国のセメント生産における高い排出原単位が、コンクリート製造プロセスでは対処されていない本当の懸念であることを示唆しています。 要因としては、さまざまな州機関が設定したコンクリートの内容に基づく規範的な基準が考えられます。 米国37州、 許可されるセメント代替の最大量を定義します。

セメント生産者はコンクリート生産者に比べてはるかに少ないため、これに対処する最も迅速かつ透明性の高い方法は、セメント生産時に SCM を添加してクリンカーの代替を促進することです。

米国エネルギー省 (DOE) は、クリンカー代替が 2030 年までのセメントの脱炭素化に向けた最も強力な手段であると考えており、最新の報告書では、ブレンドセメントの導入により米国のセメント排出量が 20% ～ 25% 削減されると推定しています。 低炭素セメント商業リフトオフレポート。 DOE によると、コンクリートの排出原単位の削減に加えて、SCM の添加によりセメントの強度が向上し、セメント製造の総コストが削減され、後者は年間 10 億ドルの付加価値を生み出す可能性があります。

では、なぜ米国は混合セメントで遅れているのでしょうか?

米国のセメント部門は現代世界で最も古い部門の一つであり、2 世紀にわたってうまく機能してきた方法でセメントを製造しています。 また、比較的安価な材料でもあり、それとその成分をより慎重に使用する動機がありません。 業界の変革には、長年にわたる歴史的慣行、制度の惰性、混合セメントの使用に関する情報の不足、建設業界のリスク回避的な性質など、多くの逆風があります。 この組み合わせにより、購入者による低炭素混合セメントの受け入れレベルが低くなります。

たとえば、セメント中のクリンカーの代替を可能にする規格は、ASTM などの米国で 10 年以上前から利用可能になっています。 C1157 セメントの性能に基づく基準と C595 SCM を追加するための内容ベースの標準。建設プロジェクトでどの材料を使用するかを決定する政府調達機関や民間部門の請負業者には、SCM はなかなか採用されていません。 米国で最も一般的に使用されているセメントは、ポルトランドセメントとして知られており、 ASTM C150 この標準では、クリンカーの 5% のみの交換が可能です。 一方、EU では、最も一般的なタイプのセメント (CEM II) のクリンカー代替率は 6% ～ 35% です。

米国セメント産業の脱炭素化への取り組み

米国政府と業界はともにセメント部門の脱炭素化に向けた取り組みと投資を強化している。 DOEは最近、 受賞 セメントの脱炭素化に焦点を当てた 6 つのプロジェクトに 16 億ドル。 資金提供された 6 つのプロジェクトのうち 3 つは、商業規模での生産を実証することを目的としています。 石灰岩焼成粘土 (LC3)、混合セメントの一種。

現在、議会では超党派の法案が 2 つ提出されています。 コンクリートおよびアスファルト革新法 そしてその インパクト法 – 低炭素セメントとコンクリートの研究、開発、実証プロジェクトを促進し、これらの製品の市場を創出することを目指しています。 2023年の国連気候変動会議（COP28）では、 米国は国連産業の深層脱炭素化イニシアチブへの誓約を再確認、公的資金プロジェクトのために低炭素セメント、鉄鋼、コンクリートを調達すると約束した。

2023 年のエネルギー省 報告 は、ポートランド石灰石セメント (PLC) として知られる混合セメントの規格を紹介しました。この規格は、最近すべての州運輸局で採用されました。 これにより、2020 年のわずか 3% から 2023 年には米国で消費されるセメントの 35% をブレンドセメントが占めるようになりました。これは良い進歩ではありますが、おそらくセメント排出原単位が名目量 (約 5%) 減少したと思われます。 PLC の規格では、クリンカーを生の石灰石で最大 15% までしか置き換えることができません。 したがって、政府機関は、既存の基準に基づく SCM の組み合わせを使用してクリンカーの最大 40% を代替できる LC3 など、クリンカー代替率がはるかに高い混合セメントの使用を奨励する必要があります。 このケーススタディは、LC3 のような同様の混合セメントの材料基準を推進することが、クリンカーの代替と低炭素混合セメントの使用を拡大するための効果的なツールとなり得ることを示しています。

米国の多くのセメント生産者を代表するポートランドセメント協会（PCA）は、 目標を設定する そして、世界のセメント生産者の 40% と米国のセメント生産者の 85% を代表する世界セメント・コンクリート協会は、世界の平均クリンカー比を 0.58 まで下げることを目指しています。 2050年までに。

国際目標に遅れないようにするために、米国のセメント・コンクリート部門は明らかにさらなる措置を講じる必要があり、2050年までにクリンカー対セメント比0.58以下の目標を達成するためのより良い政策が必要である。

米国はセメントとコンクリートからの排出をどのように削減できるか

セメント中のクリンカーの量とコンクリート中のセメントの量を減らすことは、脱炭素化ソリューションとして導入する必要があります。 タンデムとバリューチェーン全体で。

政府の政策はこの変化を促進するのに役立ちます。 米国の政策立案者が普及を促進できる方法としては、次のようなものが考えられます。

• 材料規格の推進。 バリューチェーンのセメント段階では、より剛性の高いC150ポルトランドセメントの代わりに、混合セメント用のASTMのC1157やC595など、よりクリンカーの代替を可能にする性能と含有量の基準を州政府機関、政府および民間請負業者の間で推進する必要がある。内容基準。 同様に、セメント代替の拡大を可能にするために、コンクリートにも性能基準を採用する必要があります。 技術革新や新しいセメント混合物に対応するために、基準を頻繁に更新する必要があります。 政策立案者はまた、強固なサプライチェーンとこれらの代替品の将来の入手可能性を確保するために、特に粘土などの天然物について、補助金や許可を通じてSCMのさらなる生産を奨励する必要がある。
• 排出量報告とベンチマーク基準の開発。 データの可用性を向上させるために、セメントおよびコンクリート製造業者は次のような標準を採用することが奨励されるべきです。 タイプⅢ環境製品宣言 (EPD) 排出強度の一貫した報告を保証します。 米国環境保護庁（EPA）は、 EPD 支援と炭素ラベリング プログラム 調和された基準を実現するには、メーカーがコンクリート混合物に混合セメントと SCM を使用することで排出量が低いことを、一貫したアクセス可能な方法で実証できることを保証する必要があります。
• 需要側ポリシーの活用。 セメントの主な購入者であるコンクリート生産者は、低排出の混合セメントを購入するためのインセンティブと市場シグナルを必要としています。 などの調達方針 クリーン購入 そして 事前の市場約束は、政府の購買力を利用してグリーン製品の需要を創出することを目的としており、混合セメント市場の構築に使用できます。
• バリューチェーン全体での意識の向上。 バリューチェーン全体での認識と受け入れを高めるために、DOE、EPA、州運輸局などの機関によってパイロットプログラムやデモンストレーションプロジェクトが開始され、混合セメントの環境的および経済的利点、強度と耐久性を請負業者や建築家に提示する必要があります。

米国が混合セメントへの取り組みを強化すべき理由

クリンカーの代替による混合セメントの製造は、セメント部門からの排出量を削減するために今日実施できる解決策の 1 つです。 特に米国におけるその可能性は、混合セメントの種類を増やし、セメント混合物中のクリンカーの量を減らし、コンクリート中のセメント量とコンクリートからの排出量の減少を検証するデータ報告を改善することによって活用する必要がある。

同時に、セメント部門を完全に脱炭素化するには、新規セメント、代替燃料、炭素回収などの複数の新興技術が必要となります。 最近の 連邦投資 これらの技術は、中長期的に米国のセメント部門の脱炭素化に向けて比類のない機会を提供します。

したがって、短期的に米国で混合セメントの導入が拡大すれば、米国のセメント部門は確実に革新を続け、同国が低炭素セメント生産のフロントランナーとなる地位を築くことができるだろう。