セメントの大量の炭素問題を解決する

新しい技術と新しい成分により、セメントとコンクリートの製造からの膨大な炭素排出量を大幅に削減できます

コンクリートは、建物、道路、歩道、橋、想像できるほぼすべての構造物の基礎など、あらゆる場所に存在します。 私たちは地球上の他のどの材料よりも多くのコンクリートを製造しており、その量は世界的な発展、特に中国とインドのおかげで増加しています。 セメント（コンクリート内の砂や砕石を結合する粉末状の結合剤）は、地球上で最もエネルギーを消費する製品の 1 つです。 使用される石灰石は、ほぼ化石燃料のみを使用する巨大な窯で最高 1,450 度 (華氏 2,640 度) で焼かれます。 関与する化学反応により、副生成物としてさらに多くの二酸化炭素が生成されます。 1 キログラムのセメントを製造すると、1 キログラムの CO2 が大気中に排出されます。 毎年、世界中でセメントとコンクリートの生産により、人間による CO2 排出量の 9% もの量が排出されます。

社会は 1 世紀にわたって、ほぼ同じ方法でセメントとコンクリートを製造してきました。 試験では、混合物中のセメントの一部を、焼成（燃焼）粘土、または飛灰やスラグなどの廃棄物から作られた成分に置き換えることができ、強度を損なうことなく排出量を削減できることが示されています。 需要を満たすのに十分な供給はありませんが、このような代替手段により CO2 をある程度削減できます。

他の代替材料やプロセスにより、排出量を大幅に削減できます。 すでに広まっているものもある。 他は実験的なものです。 ほとんどのセメントとコンクリートは、使用場所に近い地元または地域で製造されるため、代替材料の入手可能性、それらの使用を可能にする改訂された建築基準、設備変更のための資本コスト、および市場での受け入れはすべて現実的な課題です。

セメント製造では大量のエネルギーが消費され、その多くは CO2 を排出する化石燃料からのものです。 特定のステップでも、特に石灰の生成 (ステップ 3) とその後の硬化剤であるクリンカーの生成 (ステップ 4) で CO2 が直接排出されます。 化石燃料を再生可能エネルギー源に置き換え、生産全体の効率を高めることで、二酸化炭素排出量を最大 40% 削減できる可能性があります。 クリンカーに異なる原材料を使用すると、炭素排出量の残りの 60% を大幅に削減できる可能性があります。 (ここで示したプロセスは、いわゆる乾式キルンのものです。乾式キルンは、より多くのエネルギーを消費する湿式キルンに広く取って代わられています。)

1. 石灰石の採掘と粉砕

使い方：石灰石やチョークなどの炭酸カルシウムを含む鉱床は採石場から採掘されますが、これにはシリコン、アルミニウム、または鉄を含む少量の粘土が含まれる場合があります。 原料を10センチメートル以下の大きさに砕き、製粉して生粉と呼ばれる粉末にします。

改善の余地:石灰石の代わりに玄武岩から始めるか、廃棄物 CO2 から生成される「カーボンネガティブ石灰石」を使用し (ステップ 2)、排出量を最大 60 ～ 70% 削減します。

2. 生食を予熱する ...

使い方：窯の上の部屋にある生の食事は、窯の高温の渦巻く排気ガスによって 700 度もの高温に加熱され、水分が蒸発します。

改善の余地:酸素が豊富な空気を燃焼させて CO2 排出量を削減します。 CO2 を回収する装置を追加すると、排出量を最大 60% 削減できる可能性があります。 廃棄CO2を使用してカーボンネガティブ石灰石を製造します（ステップ1）。 化石燃料の代わりにバイオマスや廃棄物を燃やして窯を加熱します。

3. ...そして食事をライムに変える

使い方：予熱された粉は、窯の上部のすぐ上と内側の燃焼室で 750 ～ 900 ℃で燃焼され、炭酸カルシウムが酸化カルシウム (生石灰) と CO2 に変換されます。 このステップは、原材料から排出される CO2 の 60 ～ 70 パーセントを占め、セメント製造プロセス全体で使用される全燃料の約 65 パーセントを消費します。

改善の余地:酸素が豊富な空気を燃焼させて CO2 排出量を削減します。 CO2を回収する装置を追加します。 再生可能エネルギーで稼働する電気窯を使用し、ステップ 2、3、4 の排出量を 30 ～ 40% 削減します。