環境に配慮した建築: 汚染の少ないセメントを作成する新技術

建設プロジェクトの文字通りの構成要素であるコンクリートやセメントが極度に汚染されているため、世界中のほとんどの主要都市で住宅需要の高まりと温室効果ガス排出削減の取り組みとの矛盾がますます高まっている。

コンサルティング会社マッキンゼーによると、今日の全炭素排出量のおよそ 7% はセメント生産によるもので、セメント生産は最も排出量の多い産業部門の 1 つとなっています。

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「コンクリートは不可欠な建築材料です」と世界セメント・コンクリート協会のセメント、イノベーション、ESG担当ディレクターのクロード・ロレア氏は述べています。 「2050年に存在するであろうインフラの4分の3はまだ建設されていません。」

従来のポルトランドセメントの排出量の約 90% は、最終製品のほぼ 4 分の 3 を占めるクリンカー (水、砂利、砂を結合する結合剤) の製造に由来しています。

通常、クリンカーは、石灰石と粘土を回転窯で華氏 2,700 度以上の温度に加熱することによって作られます。 これらの窯の動力には石炭がよく使用されます。 クリンカー排出量の約 3 分の 2 は加熱時に石灰石によって放出され、残りは燃料の燃焼による熱生成によって発生します。

このプロセスは何千年も繰り返されてきましたが、企業は現在、それを変えようとしています。 この問題へのアプローチには、エネルギー効率の改善、よりクリーンな燃料の使用、生成される炭素排出の回収、代替原材料への切り替えなどが含まれます。

業界がセメント生産の持続可能性の向上を目指している方法の 1 つは、効率の向上を目指すことです。

英国のスタートアップ企業 Carbon Re は、人工知能と機械学習を活用して燃料の使用を最適化することを目指しています。 Carbon Re の共同創設者エイダン・オサリバン氏によると、業界の主な問題の 1 つは燃料の浪費です。同氏は、石炭の品質が異なるため、ほとんどの生産者はクリンカーの生産に石炭を過剰に使用することが多いと述べました。

このスタートアップは、特定の燃料源と生産目標に必要な最適な燃料を予測する機械学習アルゴリズムをトレーニングするために、多くの生産者の実際の燃料使用量を分析しています。 「私たちは、必要な化学反応を起こすのに必要なだけのエネルギーを使用できるように、燃料消費プロセスを最適化することを目指しています。」と彼は言いました。

小さな改善が積み重なると、かなりの排出効果が得られる可能性があります。 「2%の燃料節約は、プラントあたり数万トンの炭素が節約されることに相当します」とオサリバン氏は述べた。 同氏は、この開発はより広範な意味を持つとも付け加え、「二酸化炭素排出量の20％がAIの貢献である重工業においてAIを利用する大きなチャンスがある」と付け加えた。

燃料の種類を完全に変更することを検討している企業もいます。 世界最大のセメント生産会社の一つであるセメックスは、スイスに本拠を置くシンヘリオンと協力して、石炭ではなく太陽エネルギーを利用してクリンカーを生産している。 両社は昨年、スペインでの試験プロジェクトで化石燃料を使わずにクリンカーを生産したと発表した。

このアプローチでは、ミラーが太陽光を Synhelion のソーラーレシーバーに集中させ、これを使用してキルンを華氏約 2,700 度まで加熱し、化石燃料を使わずにクリンカーを生成します。 Synhelion の共同最高経営責任者兼共同創設者であるジャンルカ・アンブロセッティ氏は、「私たちは化石燃料の燃焼を排除していますが、同時に高温の熱も発生します。」と述べています。

両社は現在、プロセスに熱エネルギー貯蔵を追加することで、プロセスを連続サイクルで実行できるかどうかを確認することに取り組んでいる。 2030年までに太陽光発電クリンカーの商業生産を目指している。

Synhelion はまた、熱を生成するための燃焼による排出を削減するとともに、石灰石から放出される CO2 を吸収するためにモデルに炭素回収を追加することも検討しています。

国際エネルギー機関は、二酸化炭素の回収、利用、貯留を業界の排出削減手段として検討していますが、現時点ではその導入は遅れています。 IEA は、2050 年までの実質ゼロ排出シナリオで、「2030 年までに、この部門からの CO2 の 8% を、今日の無視できるレベルから世界中で貯留する必要がある」と述べています。 しかし、この分野での展開と投資の進歩はまだ限定的であり、これらの技術は今日でも開発の比較的初期段階にあります。」