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日本政府在2020年12月制定的“綠色增長戰(zhàn)略”中將其指定為政策支援的重點(diǎn)領(lǐng)域，將鹿島建設(shè)株式會(huì)社的混凝土“CO?-SUICOM”指定為吸收和固化CO?的代表性技術(shù)之一。

廣泛用于住宅和高層建筑的普通混凝土通過將沙子或礫石與水泥混合制成，其中水泥與水反應(yīng)發(fā)生硬化。沙子和水在制造過程中基本上不會(huì)排放CO?，但是在1400℃左右燒制石灰石所制成的水泥會(huì)排放大量CO?。據(jù)鹿島技術(shù)研究所計(jì)算，生產(chǎn)1立方米混凝土?xí)r，來自水泥的二氧化碳排放達(dá)288公斤，占混凝土生產(chǎn)總排放的一半以上。

過去，通過使用遇水硬化的高爐礦渣等工業(yè)副產(chǎn)品作為水泥替代材料從而減少二氧化碳排放，而SUICOM使用一種通過與CO?反應(yīng)并“碳酸化”而固定的特殊材料（γC2S），作為水泥替代材料的一部分，從而進(jìn)一步吸收和固化CO?。

實(shí)驗(yàn)證明，水泥用量減少到原來的三分之一，而通過碳酸化可吸收的CO?量為100公斤以上，超過這一部分水泥產(chǎn)生的約90公斤的排放量，從而實(shí)現(xiàn)了將排放量減少到零以下的“負(fù)碳”。

（※）根據(jù)鹿島技術(shù)研究所的估算制成

混凝土除了強(qiáng)度和施工性外，還需要具有耐久性。鹿島技術(shù)研究所重點(diǎn)關(guān)注古代遺留下來的遺跡。調(diào)查在中國發(fā)掘的約5000年前的住宅遺址的混凝土后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)中國部分地區(qū)使用的混凝土與爐灶等生活中排放的CO?發(fā)生反應(yīng)，表面不僅變得致密，還可防水并保持強(qiáng)度。該研究得到了日本電氣化學(xué)的協(xié)助，成功制成預(yù)計(jì)壽命為1萬年的混凝土“EIEN”。在探索下一步發(fā)展的同時(shí)，鹿島技術(shù)研究所還在關(guān)注其吸收和固化CO?的功能。

普通混凝土為堿性，可以防止內(nèi)部使用的鋼筋等生銹。碳酸化有可能削弱這個(gè)功能，因此一直被業(yè)界否定。但是，日本研發(fā)團(tuán)隊(duì)反其道而行之，特意促進(jìn)CO?的吸收，并觀察固化后的狀態(tài)。除了中國電力和日本電氣化學(xué)之外，還與混凝土預(yù)制產(chǎn)品制造商蘭德斯（岡山）進(jìn)行合作開發(fā)，耗費(fèi)約兩年時(shí)間尋找γC2S和其他材料的配比，最終制成了SUICOM。

由SUICOM制成的消波塊（右）和普通混凝土。

SUICOM使用日本電氣化學(xué)的γ-C2S代替水泥，像植物一樣吸收和固定CO?

日本政府于2021年7月修訂了《綠色增長戰(zhàn)略》中位于重點(diǎn)領(lǐng)域的碳循環(huán)技術(shù)開發(fā)的路線圖。吸收和固化CO?的混凝土將從2030年左右開始普及到路障等特定用途，到2040年左右將推廣至需求量很大的通用產(chǎn)品。

但是，SUICOM的普及推廣仍要面對(duì)許多需要跨越的障礙。鹿島技術(shù)研究所表示，SUICOM自投入實(shí)際使用至今已有10年的時(shí)間，其中包括以環(huán)保為特征的公寓吊頂、太陽能發(fā)電廠的地基等約15個(gè)案例。但是以往項(xiàng)目一直重視混凝土的強(qiáng)度等，對(duì)其CO?吸收功能基本上沒有需求。

使用SUICOM的路緣石（左）和鋪路塊

隨著全球碳中和的發(fā)展，雖然SUICOM可提供的附加值得到了重新評(píng)估，但仍存在生產(chǎn)體制和價(jià)格等問題。由于運(yùn)輸成本占比較大，因此混凝土地產(chǎn)地消是未來主流方向，但SUICOM生產(chǎn)設(shè)備制造商僅限于岡山，無法滿足大量需求。此外，因其使用特殊的替代材料，所以價(jià)格為1公斤100日元（約5.63元），比普通混凝土制品的30日元（約1.69元）高出3倍以上。

因此，鹿島株式會(huì)社呼吁各制造商共同推進(jìn)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的整備。同時(shí)，還將通過提高制造工藝的效率以及擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域等實(shí)現(xiàn)降本。

目前，SUICOM采用在工廠預(yù)成型的“預(yù)制”法制造。碳酸化有時(shí)耗時(shí)較久，但通過在表面打孔并增加與CO?接觸的部分，實(shí)現(xiàn)了4厘米厚的混凝土板的制造周期為一天，與普通產(chǎn)品相當(dāng)。

另外，還在研究將其應(yīng)用于建筑工地現(xiàn)場澆筑，其市場規(guī)模遠(yuǎn)大于預(yù)制混凝土。在日本，主要用于路障和混凝土板的預(yù)制混凝土的年使用量為1500萬立方米，而作為大規(guī)模建筑物結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)場澆注是其5.5倍，為8200萬立方米。預(yù)制混凝土的年CO?排放量為450萬噸，而現(xiàn)場澆筑為2500萬噸，CO?排放的削減空間更大。鹿島建設(shè)株式會(huì)社從2020年致力于擴(kuò)大SUICOM的應(yīng)用領(lǐng)域，探索如何在建筑工地實(shí)現(xiàn)CO?的吸收和固定。

據(jù)日本政府估計(jì)，2030年吸收CO?的混凝土的市場規(guī)模預(yù)計(jì)將擴(kuò)大到15-40萬億日元（約0.8萬億元-2.3萬億元）。