前言
生物炭除了應用於土壤改良劑以及與肥料混用的緩釋肥效益之外；未來最主流的使用途徑就是建材相關方案，其中又以混凝土最具潛力。
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將生物炭用於混凝土：為建築業減碳開闢新途徑
建築業，尤其是混凝土生產，正站在全球氣候行動的十字路口。為了降低溫室氣體排放，業界積極尋找創新方法，其中一項具潛力的解方，是將生物炭以非燃燒方式摻入混凝土，為這個長期被視為難以減排的產業帶來去碳化的新契機。混凝土的減碳難題
混凝土是現代建築中最普遍、不可或缺的基礎材料，但同時也帶來沉重的環境代價，其生產過程約占全球溫室氣體排放總量的 8%。尤其是混凝土中的關鍵成分——水泥，其製造過程碳排密集。若將整個混凝土產業視為一個「國家」，其 GHG 排放量僅次於中國與美國，名列全球第三。
要真正理解這項減碳挑戰，必須先從混凝土的基本組成說起。一般而言，混凝土主要由粗骨材（如碎石或礫石）、細骨材（如砂）、水、水泥（作為黏結劑）以及各種外加劑混合而成。這些材料，尤其是水泥，其生產過程對建築業的碳排放負擔貢獻極大。
混凝土排放的主因
雖然水泥僅占混凝土整體成分的 11%，但其生產過程卻貢獻了高達 88% 的二氧化碳排放。當前最常見的水泥種類是 Ordinary Portland Cement （ OPC ，一般波特蘭水泥），其製程須將石灰石與含矽材料混合，並在高達 1,450°C 的窯中加熱。這一高溫過程促使礦物進行煅燒反應，分解原有的化學鍵，生成熟料，同時釋放 CO2 作為副產品。完成煅燒後，熟料會被研磨成細粉，並與石膏混合，製成最終的水泥產品。
除了水泥生產，混凝土對環境的衝擊還來自另一個經常被忽略的來源——骨材的使用。估計全球每年用於混凝土生產的骨材數量高達 175 億噸，這種驚人的消耗規模，意味著從開採、粉碎到運輸，每一個環節都伴隨著大量的上游碳排放與生態環境破壞。
減碳努力與挑戰
混凝土產業之所以被歸類為「難以減排」的產業，關鍵在於其製程中大部分的碳排放來自化學煅燒階段，特別是石灰石分解過程中所釋放的二氧化碳。這意味著，即便全面改用潔淨能源，也無法完全去除這一環節的碳排，必須透過調整水泥配方，在不犧牲結構強度與安全性的前提下，尋找創新減碳解方。
為了應對這項環境挑戰，混凝土產業已積極展開行動。許多業者正致力於以工業副產品取代 20% 至 25% 的水泥用量，這些副產品包括飛灰、矽灰以及廢玻璃等，統稱為輔助膠結材料（ supplementary cementitious materials ， SCMs ）。透過這類替代方案，混凝土生產的整體碳足跡得以降低。
不過，這種減碳策略也並非萬無一失。這些 SCMs 多來自碳密集產業，其本身的環境足跡並不低，且未來供應來源可能面臨限制。因此，產業界仍持續尋找更具永續性的替代方案。
生物炭：混凝土減碳的新選擇
生物炭——這種經由熱解技術，將生物質轉化而成的富碳材料，近年來成為混凝土產業降低碳排的潛力選項。它在混凝土製程中的應用方式主要有兩種：
- 可作為水泥複合材料中的填充劑，減少對高碳排熟料的依賴；
- 可取代混凝土配比中部分如砂石等骨材的使用。
研究指出，當生物炭與混凝土結合後，最終會固化為堅實且耐用的結構，並能有效實現碳的長期封存。
生物炭混凝土的多重優勢
將生物炭應用於混凝土製程，為業界帶來多項值得關注的好處：
- 減少混凝土製程碳排：在混凝土中加入生物炭，可有效降低普通波特蘭水泥或化石來源骨材的用量，進一步減少混凝土生產所產生的溫室氣體排放。更有研究發現，生物炭混凝土能加速水泥固化過程中的碳化作用，促進二氧化碳吸收，進一步壓低碳排。
- 推動碳移除（ CDR ）：生物炭本身屬於一種負碳足跡技術，每公斤生物炭的淨碳排放可達 -3.3 公斤 CO2 當量（ CO2-eq ），具體數值會依地點、原料、生產方式與應用場域而異。為確保這項負碳效益得以長期維持，生物炭需用於具備穩定碳封存效果的場域，混凝土即是理想選項。因此，擴大生物炭混凝土的應用，將有助於強化耐久性的 CDR 解方。
- 提升結構性能：雖然具體成效會受生物炭混凝土配方與製程影響，已有多項研究指出，適量添加生物炭能增進混凝土的抗壓強度、耐久性與抗性，特別是來自植物來源的生物炭，效果更為顯著。
- 改善建築節能：生物炭的多孔特性，具備良好的吸熱與儲熱效果，若將其應用於建築牆面或地板等結構，可有效提升隔熱性能，進而降低建築物能源耗用。
- 市場認知逐步提升：隨著產業對永續建材的需求增加，越來越多混凝土與建築相關採購方，開始注意到生物炭在減碳與性能上的潛力，市場認知持續提升。
推動生物炭混凝土應用面臨的挑戰
儘管生物炭混凝土備受期待，實際導入過程中仍存在幾項挑戰，需審慎評估：
- 高成本限制市場擴展：生物炭成本相對較高，使得這類混凝土產品多被定位為具備高性能與永續價值的高階選項。當前，受限於價格高與產量少，生物炭混凝土仍難以進入傳統、大宗混凝土市場。不過，若能結合碳權銷售收益，將有助於提升其經濟可行性。
- 法規與市場準入障礙：現行結構混凝土規範，特別是在歐盟，對於創新建材的審核與認證程序仍缺乏明確框架，導致生物炭混凝土初期多限於非承重用途，例如人行道、景觀鋪面或建築外觀構件。部分開發者已著手申請歐盟 CE 認證等標準，然而即使產品性能達標，認證流程仍需耗費不少時間。
- 生物炭品質穩定性挑戰：生物炭的性質取決於原料來源與生產技術，不同批次間可能存在顯著差異，進而影響其應用於混凝土的穩定性與一致性。Enchar 執行長 Charles Peurois 指出，水泥替代專案必須針對生物炭的化學組成、含水量、粒徑、產量、碳移除潛力與成本等多項因素取得平衡，且不同專案需求各異，必須具備對生物炭產品與市場的深入了解，才能順利推動落地。
- 混凝土配比敏感性：混凝土對原料變動極為敏感，生物炭多孔特性會影響吸水率，進而影響拌合施工性與固化時間。此外，為避免生物炭顆粒對混凝土結構造成不穩定，製造端通常需額外研磨處理，確保其粒徑極細（通常需小於 75 微米），且內部無空氣孔隙，避免材料後續在受力過程中產生碎裂風險。Onnu 營收長 Michael Douglas 指出，這項額外製程也是推廣生物炭混凝土時不可忽視的技術門檻。
市場潛力與未來展望
全球對水泥的需求在可預見的未來內預料不會減少，特別是在都市化與人口增長趨勢持續推進的情況下。因此，生物炭於混凝土產業中的應用潛力相當可觀。
2020 年，全球混凝土產量達到 260 億公噸。若假設生物炭應用於替代僅 5% 總市場中水泥用量的 10%，每年將需約 2,200 萬公噸的生物炭作為原料。然而，2023 年全球生物炭產量僅約 35 萬公噸，產能遠不足以滿足此潛在需求。若要使生物炭混凝土成為可行且具氣候效益的市場解方，生物炭供應鏈必須實現大規模擴張。事實上，供應規模不足已成為當前阻礙試驗與大規模示範專案推進的主要障礙之一。
案例研究與產業觀點
儘管面臨諸多挑戰，市場對於生物炭混凝土應用的關注正持續升溫，已有多家供應商展開試點與示範專案，以驗證其可行性。例如，Puro.earth 認證供應商 Pyrogen 正在肯亞開發生物炭基水泥，支持當地可負擔且永續的住宅建設：
「Pyrogen 很榮幸能與世界銀行旗下的 CGAP 以及 Habitat for Humanity 合作，領導一項具開創性的試點計畫，在非洲推廣我們的專利生物炭混凝土配方，用於可負擔住宅建設。該計畫結合永續建築與碳金融機制，透過『綠色房貸』的方式，運用碳市場降低住宅成本，同時推動氣候行動與肯亞的經濟賦權。」
—— Pyrogen 聯合創辦人 Philip Maciocia
在泰國，SCG Cement 亦與其內部新創團隊「Arbon」合作，已開始在多項建設專案中導入生物炭混凝土。該計畫旨在解決農業廢棄物燃燒所造成的 PM2.5 污染問題，協助農民創造額外收入，同時減碳建築與混凝土產業的碳排放。
「自去年以來，已有超過 2,500 立方米的生物炭混凝土完成生產與應用，主要用於人行道與道路維護工程，成功封存超過 100 公噸的生物炭。我們預期未來將擴大應用規模，以增強市場對生物炭混凝土結構性能的信心。我們的內部新創團隊 Arbon 亦已開發出一項創新技術，讓生物炭有助於提升混凝土強度，這是邁向淨零目標的重要一步。此項創新不僅能減少 PM2.5 污染，同時為農民帶來額外收入，為更永續的未來鋪路。」
—— SCG Cement 綠色循環技術總監暨 Arbon 聯合創辦人 Sakprayut Sinthupinyo
前進之路
展望未來的可持續建築，生物炭混凝土提供了一條充滿潛力的前進道路。然而，要實現其全部潛力，將需要各方利益相關者的共同努力：
- 投資者：需要加大對生物炭生產與研究的投資，以擴大供應規模並加深對其在混凝土應用中的理解。
- 碳移除認證購買者（CORC Buyers）：從測試混凝土應用的生物炭供應商購買碳移除認證，可釋放出顯著的共同利益，支持這一難以減碳行業的脫碳進程。
- 混凝土與建築公司：與生物炭供應商合作，開展試驗，可以幫助公司實現脫碳運營，並使其在可持續建築實踐的前沿領域占據領先地位。
- 政策制定者與監管機構：更為明確的創新建材標準與認證路徑將有助於擴大生物炭混凝土的市場，並促進結構性應用的發展。
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