アメリカのスタンフォード大学とカリフォルニア大学バークレー校の研究者が協力して、全く新しいプラズマ加熱法を開発しました。この技術は、コンクリートの生産速度を大幅に向上させ、化石燃料への依存を減少させることが期待されています。この技術は、スタンフォード大学のQi Zheng博士とYi Cui博士、そしてカリフォルニア大学バークレー校の土木工学研究者Paulo Monteiro博士によって共同開発され、4,352°F（2,400°C）を超える温度のプラズマを利用して、コンクリートの原材料を直接加熱します。
概念検証テストでは、極めて高温により原材料が数秒でコンクリートクリンカーに変化し、標準的な生産よりも約100倍速くなりました。
コンクリートクリンカーは、石灰石と粘土を炉で約2,642°F（1,450°C）に加熱して作られる深灰色の小石サイズの物質です。研究チームは、この方法が廃熱の損失を減少させ、コンクリート炉が化石燃料を燃焼させることによって生じる排出を排除できると信じています。Zhengは「プロセスには多くの中間ステップが存在し、深刻な廃熱問題を引き起こしています」と述べています。
電気化されたコンクリート生産の道筋が形成される
コンクリートは、世界で水に次いで消費される材料であり、年間一人当たり平均1立方メートルが消費されています。しかし、コンクリート産業は同時に、世界の約8%の二酸化炭素排出源でもあります。驚くべき排出量にもかかわらず、1824年にコンクリートが発明されて以来、基本的な生産プロセスにはほとんど大きな変化がありません。従来の生産プロセスでは、石灰石、粘土、その他の材料を最大2,552°F（1,400°C）まで加熱し、小石サイズのクリンカー塊を作り、それを粉砕してコンクリート粉にします。業界の一部の排出は、コンクリート炉に大量の熱エネルギーを供給するために燃焼される化石燃料から来ています。
排出を減少させるために、研究チームは電力ソリューションに目を向け、プラズマを燃料炉の加熱に置き換えるシステムを構築しました。プラズマは、電流がイオン化されたガスを通過することで生成されます。研究チームは、4,352°F以上の温度がクリンカー形成を大幅に加速し、全プロセスを数秒で完了させることができると指摘しています。より迅速な生産プロセスは、廃熱として失われるエネルギーを減少させます。従来のコンクリート生産の熱効率は通常30%から40%ですが、対照的に、チームの実験ではプラズマによって生成される熱エネルギーの約80%がコンクリート生産に直接使用されています。
プロセスの加速と低炭素・循環経済の両立
研究は同時に、この低炭素コンクリートが耐久性や加工性などの機械的特性を持つことを示しています。チームは電子顕微鏡を使用して材料を検査した結果、プラズマプロセスがナノサイズの欠陥を生成し、これらの欠陥が水分に接触すると迅速に溶解し、逆にコンクリートの凝固を早めることがわかりました。研究チームは、新技術がより循環的なコンクリート産業を支援できると考えています。回収されたコンクリート廃棄物は原材料としてプラズマプロセスに投入でき、廃棄物と炭素排出を減少させることができます。さらに、プラズマに使用される電力が再生可能エネルギーから供給される場合、加熱プロセス自体もゼロ排出を達成できます。
研究者たちは現在、コンクリート業界の利害関係者と協力して、この技術が大規模生産に拡張できるかどうかを評価する計画を立てています。Zhangは声明の中で、「新技術がさまざまな廃棄物を処理するのに十分な堅牢性を持っているか、機械に投入する前に選別が必要かどうかをテストする必要がある」とまとめています。研究成果は、2026年秋のACS（アメリカ化学会）において発表され、会議は8月23日から27日までシカゴで開催されます。
項目 規格 加熱方式 プラズマ加熱（電流がイオン化されたガスを通過） 電漿溫度 4,352 度華氏（2,400 攝氏度）以上 傳統窯爐溫度 2,552 度華氏（1,400 攝氏度） 熟料形成溫度 2,642 度華氏（1,450 攝氏度） 製程速度 数秒以内に完了し、標準生産の約100倍の速さ 傳統製程熱效率 30% から 40% 電漿製程熱效率 約 80% 全球 CO2 排放佔比 約 8% 人均年消耗量 平均一立方米 傳統製程發明年份 1824 年