エコセメント

エコセメントは、反応性マグネシア（苛性焼成マグネシアまたは酸化マグネシウム、MgO と呼ばれることもある）、ポートランドセメントなどの別の水硬性セメント、および必要に応じてポゾランと産業副産物を組み込んだセメントの一種のブランド名であり、従来のセメントに比べて環境への影響を軽減します。このセメントの商業化に関する 1 つの問題は、建設業界の保守主義以外に、原料のマグネサイトがほとんど採掘されないことです。

通常のポルトランドセメントでは、約1450℃の窯温度が必要です。エコセメントの反応性マグネシアでは、750℃という低い窯温度で済みます^[1]。これにより、エネルギー要件が低減され、化石燃料の使用と二酸化炭素（CO2）の排出が削減され_ます。

エコセメントは大気中のCO2_を隔離することで固まり、リサイクル可能です。CO2 の吸収率は、多孔度と MgO の量によって異なります。炭酸化は最初は急速に起こり、完了に近づくにつれて遅くなります。一般的なエコセメントのコンクリート ブロックは、1 年以内に完全に炭酸化される_と予想されます。

エコセメントはアルカリ性が低いため、ポルトランドセメントよりも多くの産業廃棄物を骨材として組み込むことができます。これにより、硬化したコンクリートに損傷を与えるアルカリ骨材反応の発生が減少します。 ^[2]また、コンクリート構造物が古くなった場合、エコセメントはほぼ完全にセメントにリサイクルすることができます。

_{MITの研究者たちは、 CO2}と汚染物質の排出が本当にゼロのセメントを作るために、非常に革新的なアプローチを考案しました。図は、この新しいアプローチのセメント製造プロセスを示しています。^[3]まず、この新しいアプローチでは、加熱プロセスでの化石燃料の使用を、クリーンで再生可能な資源からの電力に置き換えることができます。現在、太陽電池、風力発電、原子力など、クリーンな電力を得る方法は数多くあります。また、多くの地域では、再生可能電力が今日の最も安価なエネルギー源であり、そのコストは依然として低下しています。新しいプロセスでは、粉砕された石灰石が一方の電極で酸に溶解され、高純度のCO2が放出され_、もう一方の電極でCa（OH）_2が固体として沈殿します。このプロセスで発生する電気化学反応の合計は${\displaystyle {\ce {2CaCO3 + 4H2O -> 2Ca(OH)2 + 2H_2 + O_2 + 2CO_2}}}$

Ca(OH) _{2 は}、セメントを製造するための別の工程で処理することができます。そして、このプロセスで生成された高純度の CO ₂、 O ₂、 H _{2 を簡単に回収することができます。高純度の CO 2 は}付加価値製品を生産するために使用でき、 O ₂と H _{2 は}燃料電池または燃焼器を介して電力を生成するために使用できます。このアプローチは、セメント製造における水の消費量を大幅に削減することもできます。このアプローチでは、この水の半分は Ca(OH) _{2の脱水時に回収されます。 H 2 を}窯の燃料として使用した場合、残りの半分の水は排気ガスから凝縮できます。原理的には、電気分解に使用された水はすべてリサイクルできます。^[3]

コンクリートは最も多く使われている素材です。コンクリートの建物は私たちの周りでどこでも見ることができます。スウェーデンのチャルマース工科大学のルピン・タン教授の研究チームは、コンクリートを使って電気を蓄える方法を研究しています。基本的に、彼らは建物を巨大なバッテリーに変えたいと考えています。彼らは現在、最初の充電式コンクリートバッテリーのコンセプトの開発に成功しています。^[4]

彼らは、シンプルだが耐久性のあるエジソン電池の設計を模倣しました。エジソン電池はニッケル鉄電池とも呼ばれ、ニッケル(III)酸化物-水酸化物の正極板と鉄の負極板、水酸化カリウムの電解質を備えた充電式電池です。研究者らは、電解質の代わりに導電性炭素繊維をコンクリートに添加しました。また、研究者らは、次の金属が充電式コンクリート電池に適していることを特定しました。FeとZnはアノード材料として使用できます。両方の材料は、充電中に還元され、放電中に酸化されます。FeとZnの半電池反応は次のとおりです。鉄の場合：。亜鉛の場合：${\displaystyle {\ce {Fe(OH)2 + 2e- -> Fe + 2OH- ; E^0= -0.89V}}}$${\displaystyle {\ce {Zn(OH)4^2- + 2e- -> Zn + 4OH- ; E^0= -1.2V}}}$

ニッケルベース（Ni）酸化物は陽極材料として使用できます。ニッケルベース（Ni）酸化物の半電池反応は次のとおりです。${\displaystyle {\ce {NiOOH + H2O + e- -> Ni(OH)2 + OH- ; E^0= +0.52V}}}$

この装置は充電と放電が可能であることが証明されている。しかし、現在のコンクリート電池のエネルギー密度は市販の電池よりも大幅に低い。明らかに、電池寿命の延長やコンクリート電池のエネルギー密度の向上など、この技術が実用化されるまでに解決しなければならない深刻な問題がまだ多く残っている。^[4]

熱電効果とは、加熱された物体内の電子（正孔）が温度勾配によって高温部から低温部へ移動する現象です。熱電材料をベースにした機器は、動作中に二酸化炭素を排出しません。したがって、熱電ベースのセメント構造を広く使用することは、環境問題を解決するための信頼できる方法です。熱電ベースのセメント構造は、建物内のセメント構造の屋外表面と屋内表面の温度差からエネルギーを収穫できます。

一般に、セメントはn型導電性のため、電子の動きがわずかである。そのため、p型導電性混和剤を添加すると、正孔の動きが生じ、最終的にはセメント複合材料中に電子-正孔分布が形成される^[5]。こうして、電圧差が得られ、TEPが発生する。混和剤を浸透閾値以下に添加した場合でも、セメント系マトリックスの導電性を高めることができる。現在報告されているセメント複合材料の熱電特性を高めるために使用できる混和剤には、(1)炭素繊維強化コンクリート、(2)鋼繊維複合材料、(3)金属酸化物複合材料などがある。^[6]

• Wu, HC (1999)。先進的な土木インフラ材料。科学、力学、応用。Routledge。
• Day, KW (2006)。コンクリート配合設計、品質管理および仕様。ケンブリッジ、ウッドヘッド。ISBN 0-419-24330-5。
• オーウェン・ダイアー (2003 年 5 月 28 日)。「板挟み」。ガーディアン紙。

• ABC 新発明家セグメント (RealPlayer)
• ディスカバリー チャンネル (カナダ) の Eco-Cement (Windows Media Player)
• 技術の独立した評価
• 低炭素エコセメントの代替品：大気から炭素を隔離しながらセメントを作る、第 127 号、2008 年 7 月。2008 年 7 月 20 日に閲覧。