日本政府在2020年12月制定的“綠色增長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)去，通過(guò)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(guò)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(lái)的三分之一，而通過(guò)碳酸化可吸收的CO?量為100公斤以上，超過(guò)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(lái)的遺跡。調(diào)查在中國(guó)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(guó)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(wàn)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(guó)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(zhǎng)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(yáng)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(méi)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(wèn)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(lái)主流方向，但SUICOM生產(chǎn)設(shè)備制造商僅限于岡山，無(wú)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(guò)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(guò)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(chǎng)澆筑，其市場(chǎng)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(wàn)立方米，而作為大規(guī)模建筑物結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)場(chǎng)澆注是其5.5倍，為8200萬(wàn)立方米。預(yù)制混凝土的年CO?排放量為450萬(wàn)噸，而現(xiàn)場(chǎng)澆筑為2500萬(wàn)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(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將擴(kuò)大到15-40萬(wàn)億日元（約0.8萬(wàn)億元-2.3萬(wàn)億元）。