范淑櫻編譯
將二氧化碳摻入混凝土的技術開發持續推進，且繼森林、海洋之後，混凝土亦被視為前景可期的碳匯候選標的而備受矚目。根據試算，全球混凝土每年的二氧化碳吸收總量可望達10億噸，此規模約為森林所吸收之「綠碳」的10分之1，海洋生態系「藍碳」的5分之1，因此以混凝土固碳的「白碳」對於促進碳儲存亦極具潛力。
日本經濟產業省於2019年發表了碳循環技術藍圖，其概念在於將分離、回收取得之二氧化碳視為資源，並透過以人工光合作用生成化學品或利用甲烷化法製成燃料等方式，藉此達到減少二氧化碳排放至大氣中的目標。其中將二氧化碳注入水泥、混凝土中予以礦物化之技術亦受到莫大矚目。
由日本經濟產業省推動、新能源產業技術總合開發機構(NEDO)主導執行的「綠色(Green Innovation)創新基金事業」中即針對二氧化碳減排效果、產業經濟效果、研發困難度、政策支援必要性、市場成長性等因素綜合考量，將「利用二氧化碳之混凝土製造技術開發」研究主題列為重點計畫之一(表一)。
為因應此技術佈局，鹿島建設與中國電力、Denka等公司積極推動在控制溫濕度的高濃度二氧化碳環境下，透過強制促進混凝土的碳酸化反應以固定大量二氧化碳之「負碳混凝土(Carbon-Negative Concrete)」的開發，目前環境友善型混凝土製品「CO₂-SUICOM(CO₂-Storage and Utilization for Infrastructure by COncrete Materials)」亦已達到實用化。
矽酸二鈣(2CaO‧SiO2; C2S)是水泥的主要礦物之一，另有一種水泥中未含有的r型矽酸二鈣(r-C2S)，此材料在一般溫度範圍內不具水硬性，是一項可透過碳酸化予以硬化的特殊材料。
「CO₂-SUICOM」採用的r-C2S係以碳化鈣(CaC2)生成乙炔(C2H2)過程中的副產品Ca(OH)2為原料製成，經試算r-C2S的二氧化碳排放量為124.5 kg-CO2/噸，約為水泥二氧化碳排放量(766.6 kg-CO2/噸)的16%。此外，理論上1噸r-C2S可與500 kg的二氧化碳反應後固定，而CO₂-SUICOM活用了此項特性，二氧化碳排放量為0以下，意即達到了負碳排。
環境友善混凝土「CO₂-SUICOM」
綜觀環境友善型混凝土，降低混凝土二氧化碳排放量、提高固碳量的方法大致可分為下列三種。
(1) 替代水泥之材料技術：以高爐礦渣微粉末、飛灰等產業副產物或再生水泥取代一部份或全部的水泥，可實現計算上二氧化碳排放量減少的混凝土。
(2) 將二氧化碳固定於骨材或粉末中之技術：利用從廢混凝土等廢棄物中提取的鈣與二氧化碳發生反應後吸收、生成碳酸鈣微粉末或骨材，並將其混合製成二氧化碳固定化之混凝土。
(3) 讓混凝土吸收二氧化碳之技術。與二氧化碳發生反應之材料混合並進行碳酸化養護(Carbonation Curing)，製作成實際吸收了二氧化碳且將其固定為碳酸鈣之混凝土。
鹿島建設的「CO₂-SUICOM」則透過有效活用副產物以達到單位水泥用量的削減〔相當於上述技術(1)〕、強制促進混凝土的碳酸化反應〔技術(3)〕等方式減少二氧化碳排放量。
製造混凝土時排放的二氧化碳大部分來自於水泥，因此削減水泥使用量即為減少二氧化碳排放量的有效手段。為了減少單位水泥用量，CO₂-SUICOM除了利用了r-C2S之外，並有效活用了高爐礦渣微粉末、炭灰等產業副產物做為水泥替代品。
強制促進混凝土的碳酸化反應可將二氧化碳大量固定於硬化體中，目前固定於混凝土中的二氧化碳取自於火力發電廠的廢氣或預製混凝土廠的鍋爐排氣。相對於大氣中的二氧化碳濃度約為0.04%，排氣中的二氧化碳為高濃度10～20%，因此適用於短時間內在混凝土中大量固定二氧化碳。
一般混凝土與CO₂-SUICOM的二氧化碳排放量試算評估結果如圖一所示。CO₂-SUICOM以r-C2S、高爐礦渣微粉末取代了水泥，因此與一般混凝土相比，可削減193 kg/m3的碳排量。另以此類材料的碳排量減去透過碳酸化反應固定於混凝土中的二氧化碳量(109 kg/m3)，即如圖一所示，碳排量變成-18 kg/m3，實現了負碳排(Carbon Negative)的效果。一棵高度約20公尺的杉樹一年約可吸收14公斤的二氧化碳，由此可推論CO₂-SUICOM的利用量越多，二氧化碳削減量就越多，混凝土將可如植物般發揮減碳效用。
圖一、CO₂-SUICOM之碳排量試算結果
此外，CO₂-SUICOM基本上具有與一般混凝土幾乎相同的強度與耐久性，且由於碳酸化反應提高了表層的強度，從而增加了耐磨耗性。碳酸化反應亦將混凝土的pH值變為中性，俾使植物生長性能獲得改善。另有乾燥收縮量較少、優異的尺寸穩定性等特徵。
另一方面，鹿島建設表示，目前CO₂-SUICOM已透過利用上述提及的(1)替代水泥之材料技術與---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。