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グリーンコンクリートは気候変動の解決策になるのか？

環境にやさしいコンクリートは、世界最大級の炭素排出源の一つを減らすのに役立つかもしれません。コンクリートは地球上で最も広く使われている固体材料ですが、その主な原料であるセメントの製造で、世界のCO2排出量の約8%が出ています。では、気候変動を悪化させずに、人類はどうすれば建設を続けられるのでしょうか？再生コンクリートや炭素養生から、よりクリーンな燃料、SCM、アルカリ活性化材料まで、環境にやさしいコンクリートがよりクリーンな未来の土台になりうる方法を紹介します。

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排出削減効果速さコスト成熟度自然

3.2総合

この解決策の評価

  • 排出削減効果4 / 5セメント生産だけで、世界の排出量の約8%を占めている。
  • 速さ3 / 5生産設備の更新に合わせて、新しい配合を導入できる。
  • コスト3 / 5最初は高価だが、規模が広がれば普通のコンクリートと同程度。
  • 成熟度3 / 5混合セメントは一般的だが、セメントを使わない結合材はまだ初期段階だ。
  • 自然3 / 5採石や廃棄物は減るが、コンクリートは依然として資源を多く使う。

ガイド

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クイズ

質問 1 / 10

コンクリート生産が国だったら、CO2排出量は何位ですか？

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書き起こし

ストーンサークル、ピラミッド、万里の長城、砂のお城まで、人間は昔から何かを作るのが大好きです。建材にはいろいろありますが、コンクリートほど人気のものはありません。

そのユニークな強みのおかげで、コンクリートは世界で最も広く使われている固体材料です[1,2,3]。実はコンクリートは-ほかの人工材料と合わせると-地球上のすべての植物と動物を合わせた重さよりも重くなっています[4,5,6]。

残念ながら、コンクリートの生産では有害な温室効果ガスが出て、世界の炭素排出量の8%を占めています[7,8]。もしコンクリートが国だったら、地球で3番目に大きな汚染源になるでしょう[9,10]。

だから、人類がもっときれいな世界を作りたいなら、解決策が必要です; そしてグリーンコンクリートがカギになります。

原始的なコンクリートは1万年以上前に中東で床を作るのに使われていました[11,12,13]が、本当に使いこなした最初の人たちは古代ローマ人で、今も世界最大の無筋コンクリートドームであるパンテオンを建てました[14,15,16]。

残念ながら、コンクリートの秘密は時の砂に埋もれてしまいました[11-16]。1824年、イギリスのれんが職人ジョセフ・アスプディンが台所であれこれ試しているうちに、コンクリートの重要な材料であるセメントの作り方を再発見し[12,17,18]、古代ローマに匹敵するコンクリートへの道を開きました。

今では人類は、これを年に300億トン生産しています[19]。これは毎年、オーストリアを厚さ15cmのコンクリートで覆える量です！[20,21,22]。そして需要が増えるのに合わせて、排出量も増えています。では、コンクリートは一体どうやってCO2を出すのでしょう？

コンクリートは、要するに人工の岩です。砂のお城のように、砂に砂利と水を混ぜて作ります。でも、すべてをつなぎ合わせる魔法の材料、セメントを加えると[23-27]、混ぜたものは岩のように固まります。

残念ながら、セメントが排出のほぼすべてを生み出します[26-29]。なぜなのかを知るには、その作り方を見る必要があります。

レシピは驚くほどシンプルですが、工程はかなり複雑です:

まず、たっぷりの石灰石を用意します。石灰石はたいてい、何百万年も前に生きていた海の生き物の殻や化石からできています。セメントに必要なカルシウムと、閉じ込められた炭素の蓄えが入っています[30-33]。

カルシウムを取り出すには、石灰石を砕いて、粘土を少し、砂をひとふり加えます。この混合物を予熱し、回転窯に入れて、石灰石が焼ける1450°Cという灼熱の温度で混ぜ合わせます。すると、クリンカーというカルシウムの多い材料ができます[23-27,34-37]。

でも、化石になった海の生き物を燃やすと大量のCO2が出ますし、その熱を作るために化石燃料も燃やすので、さらに多くのCO2が出ます[38-42]。

まだついてきていますか？ここです！

次に、クリンカーに石こうなどの添加剤を混ぜ、粉砕機で一緒にすりつぶしてセメント粉末を作ります[34,35]。

あとはセメントに水、砂、砂利、その他の骨材を混ぜるだけ[23-27]で、ほら！コンクリートのできあがりです！

ただし、大量の汚染も一緒に。ご覧のとおり、排出の大半はセメント生産から出ていて、その最大の部分は石灰石を燃やすことで生まれます！[38-43]

実際、混合物にセメントを1000kg入れるごとに、900kgのCO2が出ます[43,44,45]。

では、人類はお気に入りの人工の岩から出る排出をどう減らせるのでしょう？使える解決策はいくつかあります[43-50]。

短期的にいちばん簡単なのは、コンクリートをもっと効率よく使うことです[43-48,50]。今、多くの建造物には実際に必要な量よりずっと多くのコンクリートが使われているので、多くの建築家がコンクリートを減らす設計に最適化し、需要と排出を下げています。

古いコンクリートを砕いて新しいコンクリートの配合に再利用することでも効率は上がります[51,52,53]し、電気リサイクルのようなワクワクする新技術も試されています[54]。これは電気アーク炉で再生可能電力を使い、コンクリートと鉄をまとめてリサイクルする方法で、製鉄の排出を減らしながらセメントも作れます。さらにすごいことに、このセメントは理論上ゼロ炭素です[54]。

これは大きな改善ですが、人類のコンクリートへの欲求はあまりにも大きいため、再生コンクリートだけで需要を満たすことはできません。

次の戦略は、生産に必要な化石燃料を置き換えることです。粉砕機は風力や太陽光からのクリーンな再生可能電力で動かせます[55,56]。でも、電力だけで窯のぽかぽかする高温に達するのは難しいので、グリーン水素[57-61]や持続可能なバイオマス[61-64]のような代替燃料が使えます。石炭のような化石燃料を不要にすることで、こうした代替燃料はCO2排出を大きく減らせます[50]。

でも残念ながら、いくつか問題があります…

バイオマスは主に木材から作られ、木を切って手に入れるため、持続可能に生産するのは難しいです[65,66,67]。そしてグリーン水素には可能性がありますが、十分な量を作るには、その製造に必要な再生可能電力を大規模に増やさなければなりません[68,69,70]。

ですから今のところ、これらの解決策が本格的な効果を出すには、まだかなり時間がかかります。そして、こうした燃料で窯を動かしても、セメント生産の排出の半分以上を占める石灰石は燃やさなければなりません[38-43]。

明らかに、人類にはほかの方法も必要です。

二酸化炭素回収は、しばしば答えとして持ち上げられます[71-78]。放出されるCO2を捕まえて地下に貯めることで排出を減らせますが、すべてを捕まえることはできません[50,79,80]。さらに悪いことに、これだけの炭素を回収、輸送、貯留するのは難しく、とても高額で、いつも効果的とは限りません！[43,77,78,81]

では、そのCO2の一部をコンクリート生産そのものに使えたらどうでしょう？

そこで登場するのが炭素養生です:

この人気の方法では、回収したCO2の一部を混ぜる途中のコンクリートに戻して注入し、化学的に閉じ込めます。これでコンクリートが強くなり、コストも下がる可能性があります[82-91]。うまい解決策ですが、セメント生産から出る排出のほんの一部にしか対応できません[92]。

そこで本当にグリーンコンクリートを実現するために、人類はレシピを変えています。その最良の方法のひとつが、汚染の多いセメントの一部を置き換えるSCMという材料を加えることです[45-49,93-97]。

これは、石炭火力発電所のフライアッシュや鉄鋼業のスラグのような、細かい粉末材料で作られます。どちらも廃棄物なので、環境をきれいにする助けにもなりますし、SCMは必要なセメント量を減らすため、排出を15%から40%減らせます[48,97]。さらに、コンクリートの強度と耐久性も高めます[98,99,100]。

残念ながら、これだけでセメントを完全に置き換えることはできませんが、解決策があります…アルカリ溶液という解決策です！

SCMに使われる産業廃棄物のような物質をアルカリ溶液と混ぜると、セメントを完全に置き換えられる結合材を作れます[101-104]。そして従来のセメント用の材料を掘り出し、砕き、すりつぶし、燃やす必要がないので、できるコンクリートは排出を最大90%減らせます[49,104-107]。

これはアルカリ活性化コンクリートと呼ばれ、大規模にはまだ導入されていませんが[108,109,110]、すでに世界中で使われています[111-123]。

人類はこれまで以上に建設が大好きで、3日ごとにマンハッタンと同じ面積を建設していますが、地球を暖めずにできるのでしょうか？[124]

はい、できます！

研究開発に投資し、使える解決策をすべて導入し、それを支える再生可能電力の発電を増やすことで、人類はついにグリーンコンクリートのレシピを完成させ、ゼロ炭素の未来を築けます！

専門アドバイザー

ご協力いただいた皆さまに感謝します

Prof. Susan Bernal

リーズ大学

土木工学部

Caitlin Swalec

グローバル・エネルギー・モニター

プログラムディレクター：重工業

関連動画

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関連資料

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コンクリートの規模

歴史

製造と排出

コンクリートの脱炭素化

リサイクル

再生可能燃料

炭素の回収・利用・貯蔵

SCM

アルカリ活性化（ジオポリマー）コンクリート

詳細な概要

参考文献

ここで紹介しているリンク先はすべて英語です。

  1. [1] コンクリートの難題 | Chemistry World | Royal Society of Chemistry（印刷版に掲載）
  2. [2] 工学材料としてのセメントとコンクリート：歴史的評価とケーススタディ分析 | Engineering Failure Analysis
  3. [3] コンクリート | Designing Buildings Magazine
  4. [4] 人類が作った物質の総量、すべての生きたバイオマスを上回る | Nature（地球上に人類が作った物質はどれくらいある？ | World Economic Forumに掲載）（「参考メモ*」を参照）
  5. [5] 地球上のバイオマス分布 | PNAS（「参考メモ*」を参照）
  6. [6] 森林管理と放牧が世界の植生バイオマスに及ぼす予想以上に大きな影響 | Nature（「参考メモ*」を参照）
  7. [7] コンクリートは巨大な炭素排出量を減らす必要がある | Nature
  8. [8] Making Concrete Change: Innovation in Low-carbon Cement and Concrete | Chatham House
  9. [9] 世界炭素アトラス | Global Carbon Project（Global Carbon Budget 2024 | ESSDより）
  10. [10] EDGAR - 全球大気研究排出データベース | European Commission
  11. [11] 古代コンクリートについてのいくつかのメモ | International Journal of Sciences
  12. [12] 歴史的なコンクリート革新の意外な効果 | International Journal of Heritage Architecture
  13. [13] モルタルとコンクリート：現代材料の前身 | International Journal of Architectural Heritage
  14. [14] ローマンコンクリート - 古代の工学技術 | UW-Madison
  15. [15] ホットミキシング: 古代ローマンコンクリートの耐久性を解く仕組み | Science Advances（プレスリリース: 謎が解けた: ローマンコンクリートはなぜそれほど耐久性が高い？ | MIT News; 新研究がローマンコンクリートの秘密を明らかに | The Past）
  16. [16] ローマの海洋コンクリートで低温の水-岩石反応により生成されるフィリップサイトとAl-トバモライトの鉱物セメント | American Mineralogist（プレスリリース: 海水が古代ローマンコンクリートを強くする仕組み | UNews）
  17. [17] Joseph Aspdin | イギリスの石工 | Britannica
  18. [18] Joseph Aspdin (1778-1855) | They Lived in Leeds | Thoresby Society
  19. [19] 持続可能なコンクリートに向けて | Nature Materials
  20. [20] Wright Mix | コンクリートミキサーの寸法（「参考メモ*」を参照）
  21. [21] 地球上のコンクリートはまもなくバイオマスを上回る | Heatmap News（「参考メモ*」を参照）
  22. [22] オーストリアの面積 (km²) | European Health Information Gateway | WHO European Region（「参考メモ*」を参照）
  23. [23] コンクリート：科学の基本原理 | Department of Materials Science and Engineering | University of Illinois Urbana-Champaign
  24. [24] セメントはどう作られる？ コンクリートとセメント：何が違う？ | Chart Industries
  25. [25] コンクリートは何でできている？ | Everything About Concrete
  26. [26] コンクリート | Carbon Smart Materials Palette | Architecture 2030
  27. [27] セメント排出が気候変動に重要な理由 | Carbon Brief
  28. [28] コンクリートの埋め込み炭素フットプリント計算機 | Circular Ecology
  29. [29] 炭素と有害汚染を減らし、セメントをクリーンでグリーンに | NRDC
  30. [30] 石灰岩 | 特徴、形成、質感、用途、事実 | Britannica
  31. [31] 石灰岩: 炭酸カルシウムからなる化学的堆積岩 | Geology.com
  32. [32] 石灰岩と呼ばれる岩石 | Nordkalk
  33. [33] 石灰岩の地質学的重要性と産業利用を明らかにする: 包括的レビュー | IEM Journal
  34. [34] セメントの作り方 | Portland Cement Association
  35. [35] セメント製造プロセス | ThermoFisher Scientific
  36. [36] クリンカー生産 - 概要 | ScienceDirect Topics
  37. [37] クリンカー生産プロセス | Japan Ministry of the Environment
  38. [38] セメント生産によるCO2排出 | IPCC
  39. [39] セメント産業と排出量 | Cement Industry Federation
  40. [40] セメント生産によるCO2プロセス排出量の計算 | GHG Protocol
  41. [41] セメント、廃棄物、炭素市場 | European Commission
  42. [42] セメント産業からの排出 – State of the Planet | Columbia Climate School
  43. [43] 研究: セメントを見直す | クリーン技術 | Beyond Zero Emissions – Australia
  44. [44] セメント産業における環境CO2排出とエネルギー要因の見方 | IOPscience
  45. [45] 低炭素コンクリートは地球温暖化と戦える | ASME
  46. [46] 異なる配合や結合材で、CO2排出を十分に減らして違いを生み出せるか? | RIBAJ
  47. [47] コンクリート・セメント産業のネットゼロ移行に関する5つのポイント | RMI
  48. [48] コンクリートの炭素フットプリントを減らす10の方法 | NRMCA
  49. [49] 気候変動を減らす3つの技術 | Gigaton
  50. [50] コンクリートの未来 | Global Cement and Concrete Association（排出削減の内訳はネットゼロへの道 | Global CCAのページを参照）
  51. [51] コンクリートはリサイクルできる？ | Sika Group
  52. [52] 古いコンクリートのリサイクル方法 | Concrete Drilling Services
  53. [53] 循環型経済に向けたコンクリート廃棄物のリサイクル | Waste Managed
  54. [54] 大規模なポルトランドセメントの電気リサイクル | Nature（プレスリリース: University of Cambridge, BBC News, ScienceDaily）
  55. [55] 電化によるセメント生産の脱炭素化 | Journal of Cleaner Production
  56. [56] 再生可能電力100%で稼働するセメント粉砕ユニット | CMA India
  57. [57] HeidelbergCement、水素技術を使った気候中立な燃料ミックスでセメントを生産 | Heidelberg Materials
  58. [58] グリーン水素経済におけるセメントキルン | PACA
  59. [59] カーボンニュートラルなセメント: グリーン水素の役割 | International Journal of Hydrogen Energy
  60. [60] セメント産業における代替燃料の利用 | Proceedings of the 12th International Conference on Protection and Restoration of the Environment
  61. [61] 英国のセメント生産拠点をCO2排出がほぼゼロの燃料に切り替える選択肢: 技術的・財政的な実現可能性 | UK Gov
  62. [62] 燃料転換 - カーボンニュートラル・ゼロカーボンのキルンエネルギー | MPA UK Concrete
  63. [63] セメント分野でのバイオCCS導入 | IEA Bioenergy
  64. [64] バイオマスベースのセメント産業への持続可能な移行: レビュー | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  65. [65] バイオ燃料開発による森林破壊の世界的分析 | CIFOR-ICRAF
  66. [66] バイオ燃料政策で2030年までに森林破壊が大幅増 - 研究 | EU Transport & Environment
  67. [67] バイオマスからバイオ燃料へ: 環境・健康・社会経済上の課題の影響と緩和策 | Energy Conversion & Management X
  68. [68] 再生可能エネルギー2022 | IEA（世界のグリーン水素生産、2027年までに50GWの再生可能エネルギーが必要に: IEA | Hydrogen Insightに掲載）
  69. [69] グリーン水素への警鐘: 必要な風力・太陽光は膨大 | Recharge
  70. [70] 突破口をつくる: グリーン水素の政策と技術コスト | IRENA
  71. [71] 建設業界におけるCO2回収・貯留のレビュー: 新たな手法と商用化技術 | Journal of CO2 Utilization
  72. [72] 炭素回収・利用・貯留 | Global Cement & Concrete Association
  73. [73] 炭素回収・貯留 (CCS): 前進への道 | Energy & Environmental Science | Royal Society of Chemistry
  74. [74] セメント工場における炭素回収・貯留の業界ガイド | US Department of Energy
  75. [75] 炭素回収で、コンクリートはいつか炭素吸収源になれるかも | NRDC
  76. [76] Brevik CCS - セメント業界初のCO₂回収施設 | Brevik CCS | Heidelberg Materials
  77. [77] ドイツのセメント業界におけるCO2排出削減のための炭素回収 | Energies
  78. [78] セメント業界の炭素回収: 排出削減 | Verde AgriTech
  79. [79] CO2貯留地点の漏えいリスク評価: レビュー | Earth-Science Reviews
  80. [80] Unabated: 化石燃料の段階的廃止を妨げる、炭素回収・貯留による860億トンの炭素爆弾 | Climate Analytics
  81. [81] 炭素回収は高すぎる？ - 分析 | IEA
  82. [82] 加圧CO2養生による超高性能コンクリートの炭素回収 | Construction and Building Materials（「参考メモ*」を参照）
  83. [83] 二酸化炭素によるコンクリート養生 | International Research Journal of Engineering and Technology（「参考メモ*」を参照）
  84. [84] プレキャストコンクリートの養生工程への炭素貯留の組み込み | Canadian Journal of Civil Engineering（「参考メモ*」を参照）
  85. [85] コンクリートブロックの炭酸化による炭素貯留 | Journal of Clean Energy Technologies（「参考メモ*」を参照）
  86. [86] コンクリートを炭素問題から炭素ソリューションへ変える | Engineering Update（「参考メモ*」を参照）
  87. [87] 炭酸化養生コンクリートの性能 | Materials（「参考メモ*」を参照）
  88. [88] CarbonCureコンクリートによる炭素利用: 測定・検証可能な解決策 | CarbonCure Technologies（CarbonCureレディーミックス技術 - 最適化されたコンクリート配合 | CarbonCure Technologiesも参照）（「参考メモ*」を参照）
  89. [89] ネットゼロへの移行をリードするセメント・コンクリート企業 | Center for American Progress（「参考メモ*」を参照）
  90. [90] 炭酸カルシウムセメント: 炭素回収・利用・貯留（CCUS）の技術 | Materials（「参考メモ*」を参照）
  91. [91] 二酸化炭素で養生したコンクリートの力学的特性 | IJEAT（「参考メモ*」を参照）
  92. [92] コンクリートの養生や混合での二酸化炭素利用は、気候への正味の効果をもたらさない可能性がある | Nature Communications（「参考メモ*」を参照）
  93. [93] 補助セメント系材料 | NAHB
  94. [94] 補助セメント系材料 - 概要 | ScienceDirect Topics
  95. [95] SCMの基本 | EcoSmart Concrete
  96. [96] 廃棄物を持続可能な建設材料に変える: 最近の進展と展望のレビュー | Materials Today Sustainability
  97. [97] SCM: 環境面と品質面のメリット | International Cement Review
  98. [98] SCMを使った環境にやさしいコンクリートの長期強度・耐久性 | Innovative Infrastructure Solutions
  99. [99] 従来型・新興SCMを含む持続可能なコンクリートの力学・耐久性能 | Developments in the Built Environment
  100. [100] さまざまなSCMがセメント複合材の耐久性と力学的特性に与える影響 | Heliyon
  101. [101] アルカリ活性化材料 | Global Cement & Concrete Association
  102. [102] ジオポリマー: エンジニアリング用途における従来材料の環境に優しい代替品 | Infrastructures
  103. [103] ポルトランドセメントの代替としてのジオポリマー: 概要 | Construction and Building Materials
  104. [104] クリーンで持続可能な建設のためのジオポリマーコンクリート - 配合設計アプローチの最先端レビュー | Structures
  105. [105] アルカリ活性化材料とOPCセメントコンクリートの二酸化炭素排出量の比較と評価 | Journal of Traffic and Transportation Engineering
  106. [106] 環境を意識したジオポリマーセメントの用途 | Geopolymer Institute
  107. [107] ジオポリマーセメント - レビュー | Geopolymer Institute
  108. [108] Port of Rotterdam Authorityが海洋環境でセメント不使用コンクリートを試験導入 | Port of Rotterdam
  109. [109] ジオポリマーコンクリートの試験が協働イノベーションを実証 | Transport for NSW
  110. [110] Suvo Strategic Minerals、ジオポリマーコンクリートの試験打設に成功 | The Assay
  111. [111] オーストラリアでのジオポリマーコンクリートの商用化 | IBCC（「参考メモ*」を参照）
  112. [112] 米国拠点の極限環境向けジオポリマーソリューション - Alchemy Geopolymer Solutions | AGS（「参考メモ*」を参照）
  113. [113] リサイクル廃棄物を使ったグリーン自己充填ジオポリマーコンクリートの開発と循環経済の原則の実装 | Indian Institute of Technology Madras（「参考メモ*」を参照）
  114. [114] セメント不使用コンクリート | UK GBC（「参考メモ*」を参照）
  115. [115] 中国のカオリンから作るジオポリマー: 概要 | Applied Clay Science（「参考メモ*」を参照）
  116. [116] 環境に優しい建材を生産するためのジオポリマーコンクリートシステム | TUDelft（「参考メモ*」を参照）
  117. [117] Wagnersのセメント不使用コンクリートが注目を集める | Financial Review（「参考メモ*」を参照）
  118. [118] マレーシアのフライアッシュベースのジオポリマーセメントとコンクリート: 加工と用途 | AbeBooks（「参考メモ*」を参照）
  119. [119] ブラジルのジオポリマー研究: メタ分析と展望 | IJEAT（「参考メモ*」を参照）
  120. [120] 可溶性ケイ酸塩 | GeoMITS（「参考メモ*」を参照）
  121. [121] 韓国におけるコンクリート-ポリマー複合材の最近の開発と応用 | De Gruyter（「参考メモ*」を参照）
  122. [122] ジオポリマーコンクリートのプリンティング | Singapore Centre for 3D Printing | NTU Singapore（「参考メモ*」を参照）
  123. [123] GEOPOLYMER_101 | Renca Geopolymer（「参考メモ*」を参照）
  124. [124] 1985年から2015年までの世界の都市変化を高い時空間解像度でマッピング | Nature Sustainability（「参考メモ*」を参照）

参考メモ

4,5,6

人類が作った物質がバイオマスを超える

Nature [4]で報告された比較は、湿重量ではなく乾燥重量にもとづく。バイオマスの推定値は水分を含まず、生物では水分がかなりの割合を占める。

人造材料とは、人間が作った無生物の材料（例：コンクリート、骨材、金属、プラスチックなど）の累積乾燥重量を指す。この結果は、人間が作った物質の乾燥重量の合計が、2020年ごろに世界全体のバイオマスの乾燥重量の合計を上回ったことを示している。

20,21,22

コンクリートの年間生産量とオーストリア面積との比較

コンクリート1立方メートルの平均重量は2.4メートルトンである [20]。したがって300億メートルトン = 125億立方メートルとなる。この値は[21]で裏づけられている。

立方キロメートルに換算すると、125億立方メートルは12.5 km3に相当する。

オーストリアの面積は83,879 km²である [22]。

コンクリートの厚さを求めるには、体積を表面積で割る: 12.5 km3 / 83,879 km2 = 0.0001490242 km。

0.0001490242 km = 14.90242 cm = 5.8671 in

23,38-42

セメント製造時の石灰石の焼成

台本では、「石灰石を燃やす」はくだけた言い方として使われている。厳密には、石灰石そのものが燃焼しているわけではない。加熱されると、炭酸カルシウムは仮焼を起こす: これは熱分解と呼ばれる、熱によって進む化学反応で、酸化カルシウム、つまり生石灰と二酸化炭素に分かれる。

CaCO₃ + 熱 → CaO + CO₂

仮焼の大部分は、材料がキルンの最高温度である約1,450℃に達する前に起こる。より高い温度では、できた生石灰がシリカなどの材料と反応してクリンカーになる。

仮焼で放出されるCO₂は石灰石そのものに由来するため、キルンを加熱するために化石燃料を燃やして出るCO₂とは別である。これらの燃料を低炭素の熱源に置き換えればキルンの燃焼による排出は減らせるが、それだけで仮焼による工程排出をなくすことはできない[23,27,38,40,42]。

82-91

炭素硬化、炭酸化、鉱物化、炭素埋め込み - 解説

「カーボンキュアリング」とは、回収したCO₂を混練中または養生中のフレッシュコンクリートに注入し、セメント内のカルシウム化合物と反応させて安定した炭酸塩をつくる方法を指す。これにより強度が少し上がることがあり、少量のCO₂を材料マトリックス内に永久に貯蔵できる。だが、カーボンキュアリングはコンクリートにおける炭素利用の一形態にすぎない。

一方、「炭酸化」とは、コンクリートなどの硬化・水和したセメント-ベース化合物が、時間とともにCO₂と反応することを指す。自然な炭酸化はコンクリート構造物の使用期間中にゆっくり起こり、周囲からCO2を少しずつ炭素吸収できる。加速炭酸化プロセス（鉱物化養生と呼ばれることもある）では、コンクリートや再生骨材を高濃度のCO₂流にさらし、意図的にCO₂の炭素吸収を増やす。これらのプロセスは化学的には関連しているが、混練-時のカーボンキュアリング技術とは運用面で異なる。

養生-ベースの手法以外にも、材料面で異なる戦略によって炭素を埋め込むことができる。ひとつは、バイオ炭のようなバイオ-ベースの炭素含有材料をコンクリート配合に加える方法である A,B。バイオ炭-コンクリート複合材は、自然由来の生物起源炭素を物理的に貯蔵でき、耐久性や水分調整性能も高める可能性がある。これらの手法は、気体のCO₂を注入したり鉱物化したりするのではなく、炭素を固体の形で埋め込むため、炭酸化とは異なる。

さらに、バイオ-ベースのセメント複合材を開発したり、鉱物骨材の一部を再生可能な繊維や植物由来の材料に置き換えたりする方法もある C-I。この範囲の先には、構造用または半-構造用に設計されたバイオ-ベースまたはハイブリッド複合材で、従来のコンクリートを完全に置き換える建設システムもある E-I。これらの手法は、排出されたCO₂を処理するのではなく、鉱物系セメントの投入量を減らすか置き換えるため、カーボンキュアリングとは異なる。

要するに、カーボンキュアリングは、より広い戦略の中にある特定の炭素利用経路のひとつである。炭酸化/鉱物化技術、バイオ炭の添加、バイオ-ベース複合材、代替的なバイオ-ベース建設システムは、炭素を貯蔵するか、セメント需要を減らすか、鉱物系結合材を完全に置き換える、技術的に異なる手法である。

92

炭素硬化コンクリートの強度

研究結果は一貫していない。使うコンクリートの配合や工程によっては、CO₂養生やCO₂混和でコンクリートの強度が上がることもあれば、ほとんど変わらないことも、下がることもある[82-92]。気候への利点も自動的に得られるわけではない。CO₂回収、輸送、養生に必要なエネルギー量、どれだけのCO₂が貯蔵されたまま残るか、その工程でコンクリートの強度が上がるか下がるか、その結果として追加のセメントが必要になるかどうかなどの要因に左右される。[92]は、評価した99件の実験データセットのうち31件で圧縮強度が低かったと報告している。その後、同等の強度を得るために追加のセメントが必要になれば、そこから出る排出量が貯蔵されたCO₂の利点を相殺したり、それを上回ったりする可能性がある。全体として、この研究は、評価した公表済みの実験事例の多くで正味の排出量が増えていたとした。

111-123

世界のアルカリ活性化コンクリートの使用

アルカリ活性化コンクリート（AAC）が世界で使われた例をいくつか紹介する：

  • [111] オーストラリア
  • [112] 米国
  • [113] インド
  • [114] 英国
  • [115] 中国
  • [116] オランダ
  • [117] ドイツ
  • [118] マレーシア
  • [119] ブラジル
  • [120] イタリア
  • [121] 韓国
  • [122] シンガポール
  • [123] この情報源では、日本、ウクライナ、フィンランド、ロシア、アイルランドも例として挙げられている

参考文献では、アルカリ活性化コンクリートとジオポリマーコンクリートの両方に触れている。材料科学の文献では、アルカリ活性化材料（AAM）は一般により広い分類として扱われ、ジオポリマーはその中の特定の一群と定義される。この主流の枠組みでは、AAMとは「アルミノケイ酸塩」前駆体（例：フライアッシュ、スラグ、その他のSCM）をアルカリ溶液で活性化して作る結合材を指す。この包括的な分類には、化学組成や反応生成物が異なる幅広い系が含まれる。

この広い分類の中で、ジオポリマーは通常、三次元構造をつくる低カルシウムのアルミノケイ酸塩結合材と説明される。この見方では、すべてのジオポリマーはアルカリ活性化材料と見なせるが、すべてのアルカリ活性化材料がジオポリマーというわけではない。この解釈は査読付き学術誌や主要な研究者に広く採用されており、AAMは包括的な技術用語、「ジオポリマー」は特定の組成・構造の下位群を指す。

ただし別の考え方では、ジオポリマーは特定の重合化学で定義される独立した材料分類だとされる。この解釈では、すべてのアルカリ活性化系がジオポリマーに当てはまるわけではなく、特に反応生成物の構造が異なるカルシウム豊富な系は当てはまらない。この見方ではAAMを主な包括用語として使うことに反対し、代わりに「ジオポリマー」を化学的により正確な分類として扱う。

そのため、用語は著者の所属、研究の伝統、組織的な背景によって変わることがある。現在の学術・工学文献の多くでは、特に普通ポルトランドセメントとの環境性能を比較する研究で、AAMを包括分類とする考え方が主流である。それでも、新しい論文には両者をより明確に分けているものもある。

124

3日ごとにマンハッタンの面積が建設される

[124]によると、1985年から2015年の間に、世界の都市域は年間9,687 km2拡大した。これは1日あたり（9687/365 =）26.539 km2に相当する。

マンハッタンの面積は59.1 km2 Jである。

59.1/26.539 = 2.2日。

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