廃棄セメントは捨てずに、炉で加熱すればまた使えます！

□ 発言する権利

電気炉を使って鉄鋼を生産することは成熟した技術です。廃棄セメントを鉄鋼生産の一部として使用する場合、再利用することができます。再生可能エネルギーで稼働する電気炉で加熱すれば、排出ガスゼロのセメントが作れます。

最近、英国ケンブリッジ大学の研究者らは伝統的な製鉄炉からヒントを得て、従来の合成セメントの生産のように環境に害を与えることなくセメントをリサイクルできることを世界で初めて証明した。関連する研究結果は最近、国際科学誌「ネイチャー」に掲載されました。

コンクリートは大量に使用される材料です。その主成分には、砂と砂利に加えて、結合剤として機能するセメントも含まれます。石灰石などの原材料を粉砕し、大型窯で約1,450℃まで加熱して、原材料をセメントに変化させます。

生石灰を製造するための加熱工程で、石灰岩は大量の二酸化炭素を放出し、これは総人為的排出量の約 7.5% を占めます。過去10年間、科学者たちはコンクリートのセメント代替品を研究しており、コンクリートのセメントの約半分はフライアッシュなどの材料で置き換えることができるが、セメントを完全に排除することは非現実的であることを発見した。コンクリートからの炭素排出量を削減するために費用対効果の高い方法を採用する方法は、世界最大の炭素削減課題の 1 つです。

高炉製鉄工程では、製錬温度を下げるために、適量の石灰石とドロマイトがフラックスとして添加されます。これらの石灰石やドロマイトは高炉の中で酸化カルシウム、酸化マグネシウム、鉄鉱石などに分解され、コークス中の灰とともに溶融してケイ酸塩やアルミノケイ酸塩を主成分とする溶融物を形成します。溶融物は溶鉄の表面に浮かび、スラグ出口から定期的に排出されます。その後、空気または水で冷却され、スラグとなる粒状の粒子が形成されます。製鉄所で銑鉄を精錬する際に発生する廃スラグには、セメントの成分に似た二ケイ酸カルシウム、カルシウム長石、珪灰石などの鉱物やガラスが多量に含まれています。

水で急冷されていないスラグの鉱物形態は安定した結晶であり、その大部分は不活性です。水冷により急速に冷却するとガラス構造が形成され、スラグが不安定になり、潜在的な化学エネルギーが大きくなります。スラグ出湯温度が高く、冷却速度が速いほど、ガラス化スラグの潜在的な化学エネルギーが大きくなり、活性が高くなります。そのため、水で急冷・急冷された高炉スラグの潜在活性はより優れており、生産される銑鉄1トンあたり0.3～1トンのスラグが排出されます。

スラグ処理は高炉製鉄の正常な運転を保証するものです。高品質のスラグは高品質のセメント原料として使用することができ、コストを削減し、経済的利益を向上させるだけでなく、大量の固形廃棄物の利用、循環型経済の発展、環境保護にも役立ちます。

英国ケンブリッジ大学の研究者らは、既存の鉄鋼生産プロセスを調整し、廃棄セメントの化学組成が石灰岩のそれに似ていることを発見した。廃セメントを石灰石の代わりに製鉄炉に加えると、生じたスラグを使って新しいセメントを作ることができます。この方法ではセメントをリサイクルすることができ、大量の新しいセメントを製造する必要がなくなるだけでなく、二酸化炭素による汚染も削減されます。
その後、研究者たちは生産現場でこのアイデアを検証し、電気アーク炉でリサイクルセメントの大規模生産を世界で初めて実現しました。この方法は、石灰岩の加熱によって生じる過剰なCO2排出を回避し、最終的には排出ゼロのセメントを生産できる可能性がある。このプロセスを適用することで、2050年までに炭素排出量を数十億トン削減できると推定されています。

（著者は安徽省科学作家協会の会員です）