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2024-06-01 00:04:49
大きな進歩により、世界で最も破壊的な物質の排出量が削減される
「コンクリート」と「セメント」という用語はしばしば同じ意味で使用されますが、セメント生産は… [+] 排出物のほとんどは
ゲッティ
コンクリートは 2番目に多い 地球上で最も多く使われている物質はコンクリートです (1 位は水)。人間がいるところならどこでも、この地味な灰色の物質を目にするでしょう。コンクリートは、住宅や病院から空港やダムまで、あらゆるものの建設に使用されています。とりわけ、コンクリートは人類が地下を征服し、列車の安全な通路、水道、廃棄物、電気、インターネット サービスのルートを提供することを可能にしました。コンクリートのない現代世界を想像するのは難しいでしょう。
また、広く考えられているのは 最も破壊的な物質 コンクリートが地球にもたらす被害は、ガーディアン紙の記者が言うように、 ジョナサン・ワッツはかつてこう書いた。、それは「広大な肥沃な土壌を埋没させ、川を閉塞させ、生息地を窒息させ、そして岩のように硬い第二の皮膚として機能して、私たちの都市の要塞の外で何が起こっているのかを鈍感にする」能力です。それは、それを作るときに生成される排出物に関するものです。
誰に聞くかにもよりますが、コンクリートの生産量は 7～10% 二酸化炭素排出量の大半は、現代のコンクリートの原料であるポルトランドセメントから発生しています。ポルトランドセメントを作るには、石灰岩、シリカ、アルミナ、鉄を粉砕し、特定の割合で混ぜます。次に、混合物を窯で1650℃（約3000℉）まで加熱すると、石灰岩から二酸化炭素が放出され、安定した化合物の塊状の混合物が生成されます。 クリンカーその後、クリンカーを冷ましてから再度粉砕し、少量の石膏を加えます。こうして残ったのが、コンクリートの「接着剤」として効果的に機能する微粉末のポルトランドセメントです。また、この材料を脱炭素化する取り組みの大半の対象でもあり、セメントの性能に悪影響を与えずに炭素を多く含む化学組成を変えることを目指しています。
コンクリートの残りの2つの成分も環境に影響を与えます。その大半は骨材（鉱山から採掘された砂や砂利、砕石）で、約7％が水です。微量の他の添加剤を加えることで、混合物を微調整することができます。水和と呼ばれるプロセスを通じて、セメント粉末と水が反応し、骨材と添加剤を固めて結合させ、誰もが知っている堅い岩のような塊にします。 以前に書いたこの硬化プロセスはコンクリートを注入した後も何年も続くため、年月が経つにつれて強度が増します。 少なくともしばらくは。
コンクリートがどこにでも存在し、その二酸化炭素排出量がますます増えていることを考えると、コンクリートをより良く、より環境に優しい方法で製造する競争が始まっています。そして、この 2 週間で、科学文献で報告された 2 つの異なるアプローチが私の目に留まりました。
石炭廃棄物
最初の研究は、オーストラリアのメルボルンにあるRMIT大学の研究グループによるものです。 彼らは方法を見つけた コンクリートのセメントの80%を石炭火力発電所の廃棄物で置き換える。
英国ロンドン、バタシー、テムズ川沿いのセメント工場。（写真：ウォルター・ホーマン/建設…） [+] 写真/アバロン/ゲッティイメージズ
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石炭は現在、オーストラリアのエネルギー資源の21GW（ギガワット）を占めているが、その割合は減少傾向にある。石炭を燃やすことで、 驚異的な金額 温室効果ガスや重金属などの汚染物質を排出するだけでなく、主にケイ素、酸素、アルミニウム、鉄、カルシウムからなるフライアッシュと呼ばれる細かい粉末も残ります。 4トン 石炭を燃やすと、約1トンのフライアッシュが生成されます。つまり、フライアッシュが大量に存在しているということです。 によると RMITにとって、フライアッシュは「廃棄物全体の約5分の1を占めている」 [in Australia] そして、再生可能エネルギーに移行しても、今後数十年間は豊富な水が確保されるだろう。」
チャミラ・グナセカラ博士率いるチームは、フライアッシュをポルトランドセメントの一部代替品として使うことを提案した最初のチームではない。市場にはすでに、混合物に最大 40% のフライアッシュを使用する製品が数多く出回っており、中には 60% に達する製品もあるが、その代償として、強度が弱く耐久性の低いコンクリートが作られる。
RMITチームはフライアッシュにナノシリカと水和石灰を加えることで、セメントの65%と80%を置き換えたコンクリートの製造に成功しました。 強度を増した 450日間にわたって、それを使って作られた構造物は 露出に耐える 研究者らは、酸性雨に含まれる硫酸や硫酸塩に最大24か月間さらされたコンクリートを、低炭素コンクリートのさまざまな成分がどのように作用するかを理解するための数学モデルも開発した。 研究の 著者らは、これが「数値的な洞察から混合物をリバースエンジニアリングして最適化する機会を与えてくれる」と述べている。例えば、「超微細ナノ添加剤を加えると、密度とコンパクトさが増し、材料が大幅に強化される」と述べている。
こうした研究により、研究者らは「池の灰」と呼ばれるさらに低品質の廃棄物も活用できるようになり、「セメントの代替として、まったく新しい、まったく活用されていない資源が生まれる可能性が開かれた」とグナセカラ氏は言う。「こうした灰の池は環境汚染物質になる恐れがあり、この灰を大規模に建築資材として再利用できれば、大きな成果となるだろう」
もちろん、RMITのアプローチは依然として化石燃料部門に依存しています。しかし 論文が発表された 先週、炭素排出を完全になくす可能性のある道が見つかった。
電気セメント
その中心にあるのは、鉄鋼リサイクルとセメントリサイクルを組み合わせたアプローチであり、ケンブリッジ大学のエンジニアが主導しています。
マテリアルズ工場の電気アーク炉での最初の電気セメント製造の写真。 [+] ティーズサイドの加工研究所。提供：材料加工研究所
材料加工研究所
このプロセスは、古い建物の解体で出た廃コンクリートから始まります。これを粉砕し、骨材を分離すると、セメントペースト（セメント + 水）が残ります。回収されたセメントペーストは、電気アーク炉に運ばれ、鉄鋼リサイクルで石灰フラックスの代わりに使用されます。
標準的な鉄鋼リサイクルでは、石灰フラックスの役割は、電気炉で溶解する鉄鋼の表面にコーティングを形成することです。これにより、液体金属が空気中の酸素から保護されます。鉄鋼が炉の底から放出されると、コーティング（スラグと呼ばれる）は急速に冷却され、粉末に粉砕されます。その後、 多くの場合、埋め立て地に送られるしかし、ケンブリッジの技術では、石灰を回収セメントに置き換えることで方程式が変わります。「セメントクリンカーと酸化鉄の組み合わせは、泡立ちがよく流動性があるため、優れた製鋼スラグであることが分かりました。」 言った このプロセスを発明したシリル・デュナン博士。さらに、炉の熱でセメントが再活性化します。「バランスを正しく保ち、スラグを十分速く冷却すれば、製鉄プロセスにコストを追加することなく、セメントが再活性化されます。」
重要なのは、これはセメントの補助剤や代替品を製造しているのではなく、古くて不活性なセメントを新しい、すぐに使えるセメントに変えているという点です。
デュナンと彼の同僚であるピッパ・ホートン博士とジュリアン・オールウッド教授は、 特許出願した 彼らのプロセスに着目し、 ケンブリッジ電気セメント （CEC）が市場に投入する。まだ初期段階だが、最近、7トンの電気アーク炉で行われた「試験溶解」が成功した。 材料加工研究所 プロセスがスケーラブルであることを示します。
長期的には、この炉は再生可能エネルギーで稼働することも可能だ。CECのシニアプロジェクトマネージャー、パトリシオ・バーディレス氏は、 次のように述べている。、これによりプロセスのカーボンフットプリントが実質的にゼロになります。「当社の再活性化ポートランドセメントは、プロセス排出物がなく、燃料の燃焼による排出物もなく、さらに、すでに鉄のリサイクルに携わっているものを除き、電気炉の稼働による排出物さえもないため、カーボンニュートラルです。」
#カーボンフリーセメントが一歩前進