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Jul 16, 2023

Nature Communications volume 14、記事番号: 4574 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

都市人口の増加とインフラの老朽化により、コンクリートの需要は前例のないほど高まっており、その機能を満たす代替材料が存在しない材料となっています。 コンクリート、特に材料を接着する水硬性セメントの製造は、世界最大の温室効果ガス (GHG) 排出源の 1 つです。 これはよく研究されている排出源ですが、効率的な構造設計の決定がこれらの排出を軽減する上でどのような影響を与えるかはまだよくわかっていません。 ここでは、製造とエンジニアリングの決定を組み合わせることで、セメントとコンクリートの製造からの GHG 排出量の 76% 以上を削減できる可能性があることを示します。これは、2100 年の CO2 換算で 3.6 Gt の排出量削減に相当します。研究された方法も同様に、より効率的な結果をもたらします。セメント需要を最大 65% 削減することで資源を活用し、他のすべての環境負荷の削減が期待できます。 これらの調査結果は、現在の具体的な設計アプローチの柔軟性が、代替製造方法や代替材料への多額の資本投資を必要とせずに気候緩和に貢献できることを示しています。

セメントベースの材料は都市開発に不可欠ですが、その機能を満たす代替材料はありません1,2。 コンクリートやモルタルなど、そのような材料にはセメントがいくつか使用されています（セメントを使用するすべての複合材料は、本明細書ではコンクリートと呼ばれ、これが最も一般的な用途です）。 世界の人口が増加するにつれて、都市部の開発、維持、拡張が増加します。 予測によると、2030 年までにさらに 10 億人近く (2018 年と比較して 22% 増加) の人々が都市部に住むことになります3。 このような都市の成長に伴い、コンクリートの需要は増加し続け、その割合は人口増加率を上回ります4。

コンクリートは、コンクリートの主成分が幅広く入手可能であり、この材料で達成可能な強度と耐久性により、多くの土木インフラや建築システムのニーズを満たす独自の態勢を整えています1、2。 コンクリートは、細骨材と粗骨材 (砂や砕石)、水、混和剤、および水と反応してこれらの成分を接着して人工の塊状物を作る水硬性結合剤 (セメント) で構成されています。 重大な温室効果ガス (GHG) 排出量はセメントベースの材料の生産に起因しており、世界の人為的 CO2 排出量の約 8% に相当します5。これは主にクリンカー (セメントの前駆体) の生産に関係しています。 クリンカーは焼成および急冷された材料であり、目的の鉱物学的性質を作り出すには高温が必要であり、熱エネルギーの燃料に関連した排出と、製造時の石灰石の脱炭酸による化学的 CO2 排出につながります。

社会は 2050 年までに GHG 排出量を実質ゼロにして、温暖化を産業化以前のレベルより 1.5 °C に抑える必要があり 6、そのためには、セメントやコンクリート 7 などの「脱炭素化が難しい」産業は緩和への道を見つけなければなりません。 これらの排出量に対して一般的に議論される緩和戦略としては、代替燃料の使用、より効率的な機器の使用、炭素回収・利用・貯留（CCUS）、補助セメント質材料（SCM）の使用によるクリンカー需要の削減などが含まれます8,9。 。 CCUS 技術は業界で十分に確立されておらず 10、代替セメントや骨材が提案されている 11、12、13 が、その有効性は資源の入手可能性、コスト、またはリスク回避的な業界によって妨げられる可能性があります 14、15。 重要なことは、同じ性能を達成するためにより少ない材料を使用する材料効率の改善が、材料生産による環境への影響を軽減するための重要なステップである16、17、18。 このステップは、建築環境からの GHG 排出の課題を克服するために、低排出材料の代替と併用する必要があります。