CO2を用いたコンクリート養生

排出量の管理

コンクリートは、世界中で水に次いで最も多く用いられている素材です。2019年の年間製造量は約40億トンで、今後も増加する傾向にあります。しかし、その主要原料であるセメントの製造プロセスで排出されるCO2は、世界の総排出量の7%近くに上ります。

コンクリート産業全体でCO2排出削減を目指すという明確な意向がある中で、アラムコはセメントの製造よりもその利用方法に着目してきました。当社は、養生プロセスにおいてCO2を利用することで、コンクリートの製造方法を革新しています。


基本的な建築資材

最も単純化すれば、コンクリートは、セメントに砂利、水、骨材を混ぜたものです。セメントと水を混ぜ合わせると、水和反応という化学反応により、混合物が徐々に硬化します。

このプロセスは、外気温やセメントの割合など様々な要因の影響を受けます。最も重要なのは、コンクリートを適度な水分含有量で一定期間(通常28日間)適温に保ち、その強度を最大限に引き出すことです。急速に乾燥してしまうと、コンクリートの強度は著しく損なわれます。だからこそ、養生が非常に重要となるのです。

養生が決め手

養生プロセスを経て、コンクリートの強度は上がり、耐久性、透水性、ひび割れや凍結、融解への抵抗性も高まります。

養生には蒸気を用いるもの、噴霧を吹き付けるもの、また水分散逸を防ぐ保湿布またはプラスチックシートで覆うものなどいくつかの方法がありますが、当社は回収したCO2を利用してコンクリートを養生するという革新的方法に着目しました。


ウィン・ウィンのシナリオ

輸送用炭素回収や工業プラントでの炭素回収などの技術は、大気中へのエミッション排出削減に有効だと証明されています。しかし回収したCO2はどのように利用するのでしょうか?

その選択肢には、地下深部での隔離Converge®などの技術による新製品への転換という方法に加えて、今回のような新たなリサイクル方法の開発もあります。

回収CO2の再利用を表すReuseは、Reduce(削減)、Remove(除去)、Recycle(リサイクル)とともに4つの「R」として、循環型炭素経済に貢献しています。当社は、この考え方が世界のCO2排出削減および着実な経済成長につながると確信しています。当社のCO2を利用したコンクリート養生の新手法は、その好例と言えます。

理論から実践へ

2014年、当社は製造プロセスの研究や、回収CO2の注入のタイミングや方法の確立に向けて、韓国科学技術院(KAIST)との共同プロジェクトを開始しました。

研究では、最終的な製品強度を損なったり悪影響を及ぼすことなく、コンクリート中にCO2用の「シンク」を作ることを目指しました。まず様々な養生方法の組み合わせやCO2濃度を試し、ついにコンクリート内にCO2を20%取り込むという快挙を達成しました。

そのカギとなったのが、CO2と蒸気を混合する方法です。こうして初期の構想が実現したのち、さらに産業用途にスケールアップすることを次の目標としました。

プレキャストで道を切り拓く

コンクリートの一般的な敷設方法には、レディミックス(生コンクリート)と、プレキャストの二つがあります。コンクリートの原料は同じですが、製造方法は大きく異なります。

レディミックスは、工場で製造したコンクリートをミキサー車で現場へ搬送し、打設する方法です。しかし、塵芥や騒音、輸送によるCO2の排出など、周囲環境に大きな影響を与えます。

一方、当社が採用したプレキャストは、管理された環境であらかじめコンクリート製品を製造しておく方法です。再利用可能な型枠で成形し、養生してコンクリート製品が出来上がるまで、すべて現場以外の場所、しかもワンストップで完結します。完成した製品は、建設現場に搬送して設置できます。

型枠を用いることで、潜在的なミスを減らすとともに、壁材、階段、パイプ、トンネル材などの画一的な資材を大量かつ効率的に生産できます。これらのコンポーネンツは、多くの場合鉄骨構造と現場で製造されたセメントに沿って敷設されます。

養生の環境をコントロールできることと共に、プレキャストによるコンクリート製造は、人員や輸送コストの抑制など数々の利点を持っています。この分野は、2019年時点で約1,160億ドル規模の市場となっており、さらに成長し続けています。


より強いコンクリートをより早く生産

研究段階での成功を受けて、当社はこの技術の実証実験をサウジアラビア国内のプレキャスト・コンクリート製造工場で行いました。

このCO2を利用したコンクリートの最大の難関は、機械的強度テストです。標準強度は35メガパスカル(MPa)で、これに達していなければ採用されません。

結果、当社の技術は、この基準値をクリアした上で、製造にかかる時間を4分の1に短縮できると実証されました。通常28日間を要するところ、わずか3日間で完成したのです。

さらに、このコンクリートは従来のコンクリートより耐久性に優れ、透水性が低く、耐塩素性・耐硫酸性に優れています。これらは全て、海中や高湿度の場所での建設にとって重要な要素です。

未来を築く

試験環境で20%のCO2取り込みに成功したことを踏まえると、ひとたびこの技術が商用化されれば、その可能性は大きく広がります。

世界中のプレキャスト・コンクリート産業でこの画期的なCO2養生方法を採用すると、年間で最大2億4,600万トンものCO2がリサイクルされます。これは自動車5,300万台分の排出削減に相当します。

当社が次に目指すのは、コンクリートに取り込めるCO2量を増やすこと、そして養生時間の短縮です。CO2をどこから回収するかについても検討の余地があります。

例えば、セメント製造のプロセスで発生するCO2を利用したら?もしこれが実現すれば、この業界全体の環境負荷が低減し、より低炭素な未来を築けるのではないでしょうか。