前言
生物炭應用於混凝土與水泥中的研究快速增加中，這是最具可行性以及實用性的方案之一。尤其是相較於土壤改良以及肥料相關的應用類別來說，在商業上擁有更高的獲利空間，畢竟水泥與營造業的碳足跡的減量難度非常高。
研究新聞來源網址請參考。
生物炭改質技術讓水泥更堅固與環保
研究團隊透過改質生物炭，成功打造出既更堅固、又能「主動吸碳」的水泥基複合材料。其中，以 K2SiO3 處理的生物炭效果最突出，不僅讓抗壓強度提高 44%，更使材料的全球暖化潛勢最高降低 133%，真正實現高性能、負碳建材。在 ACS Sustainable Resource Management 的研究中，Nishad Ahmed 等人檢視工程化生物炭作為水泥添加劑的可能性，並評估其打造負碳建材的能力。由於普通波特蘭水泥（ OPC ）生產是全球 CO₂ 排放的重要來源，尋找更永續的替代方案勢在必行。研究團隊測試了八種生物炭：部分透過 1 週或 12 週的空氣暴露處理，另一些則在熱解過程加入矽酸鉀 potassium silicate（ K2SiO3 ）或氫氧化鈉 sodium hydroxide（ NaOH ）等化學添加物。這些改質生物炭以膠結料重量 30% 的高比例摻入，而膠結料為爐石水泥與 OPC 各半的混合物。
所有加入生物炭的砂漿配方都成功達到負碳足跡，相比 GWP 高達每立方公尺 277.4 公斤 CO₂ 當量的對照組，減碳效果介於 117% 至 133%。其中，未改質且暴露空氣 12 週的生物炭（ GB 12wk ）能將 GWP 降至約 −60 公斤 CO₂ 當量，優於僅曝露 1 週的版本（ GB 1wk ）。至於以 K2SiO3 改質的生物炭，其碳含量最高，可達 86.4% 至 87.2%，並創下最強的負碳效應，約為 −89.67 至 −90.68 公斤 CO₂ 當量。這主要歸因於生物炭本身能大量儲碳，同時提升砂漿膠結體對 CO₂ 的固化能力。
在力學表現方面，生物炭改質同樣帶來顯著差異。以 K2SiO3 處理並經 1 週空氣暴露的生物炭（ K Si 1wk ）展現最佳抗壓強度，28 天強度達 33 MPa，比未改質生物炭高出 44%，且與無生物炭的對照組強度相當。這項強化效果來自 K2SiO3 中矽的火山灰反應，可促成更多水合矽酸鈣 calcium silicate hydrate（ C-S-H ）生成，進一步提升強度。不過，若暴露時間延長至 12 週（ K Si 12wk ），這類改質的效果就會減弱，強度與單純曝露 12 週的生物炭相差無幾，其原因是生物炭表面矽逐漸聚集，使反應效率下降。
在 NaOH 改質生物炭的試驗中，抗壓強度明顯受到添加量影響。三個含 Na 的配方裡，以 0.5% Na 的版本表現最佳，28 天強度達 29 MPa，比空氣暴露的未改質生物炭提高 27%。其原因在於 NaOH 能活化膠結材料中的礦渣水泥，加速初期水化反應，有利於早期強度形成。不過，當 NaOH 劑量提升至 1% 或 2% 時，砂漿內部毛細孔隙增多，反而導致強度下降。
未改質生物炭的暴露時間同樣影響最終表現。相比僅暴露 1 週的版本，曝露 12 週的生物炭可讓 28 天抗壓強度增加 15%。這是因為更長的曝露時間能讓更多大氣 CO₂ 被吸附進生物炭的孔隙中，而這些吸附的 CO₂ 會促使水泥水化反應更快啟動。等溫量熱測試也證實了此點——曝露較久的生物炭會產生更快的初期放熱峰值。
綜合結果顯示，只要妥善工程化生物炭的表面特性，即便在高替代比例（30%）下，仍能製備出同時具備負碳足跡與足夠強度的水泥基複合材料。
相關文章
歡迎留言分享，也期待你追蹤並加入沙龍，一起關心氣候變遷與碳移除。
與這個主題相關的文章連結整理如下：
生物炭產業邁向工業規模的融資藍圖
鋪向淨零之路：將生物炭融入道路
生物炭堆肥應用：掌握「中間值」才是最佳策略
生物炭混凝土：兼具減碳與提升建材效能的潛力與挑戰
2025 生物炭碳移除市場概況（上篇）：數據、成長與買方結構
2025 生物炭碳移除市場概況（下篇）：交付與註銷持續增長
自願碳市場誠信委員會核准多項生物炭與森林經營方法學
Isometric 推出建築環境生物炭封存模組
南非賭注生物炭：綠色轉型新希望，還是另一次錯失的機會？
邁向千年碳封存：生物炭持久性科學的新進展與市場標準演變
認識 Exomad Green：玻利維亞的生物炭創新典範
生物炭價格預測模型與市場分析
