前言
生物炭於建材相關應用，尤其是水泥與混凝土是近年相當熱門的碳移除研究主題。其主要功能與成效會因為不同的生物資材來源以及燒製過程而有差異。
多數的研究結論是低比例的摻配能夠獲得額外功效並且不影響既有機械強度，以這篇新研究的成果來看，他們試驗加到 10% 可能太高了，因此結論有影響強度之虞。
新聞來源網址請參考。生物炭的多孔結構用於混凝土可減少全球 1.1% 碳排量
混凝土產業是全球溫室氣體排放的重要來源，約占總量的 7%，其中主要原因在於高能耗的波特蘭水泥生產。隨著混凝土需求預計到 2050 年將再增加逾 20%，尋找永續替代方案比以往更為迫切。近年逐漸受到關注的一項解方，是在混凝土中添加生物炭。
這種創新材料既能部分取代水泥，也能作為碳匯，為顯著降低建築業的環境影響提供了可能。一篇近期發表於 e-Journal of Nondestructive Testing 的文章，由 Hatice Kilci 撰寫，探討了生物炭獨特的孔隙結構如何影響其在膠結系統中的表現。
生物炭的環境價值在於其雙重功能：一方面，它能取代部分水泥熟料，減少生產過程中的排放；另一方面，它將碳永久鎖定於混凝土之中，這一過程被稱為碳封存。研究指出，只要以生物炭取代水泥含量的 10%，每年就可能減少多達 8.8 億噸二氧化碳，相當於全球年度溫室氣體排放量的約 1.1%。由於生物炭的密度低，可在質量上實現較高比例的替代，進一步提升減碳潛力。研究同時強調，生物炭的效能關鍵取決於原始生質材料，以及其在高溫熱解過程中形成的特性。
研究聚焦於生物炭的微觀結構，以及其對混凝土承載與過濾能力的影響。研究人員利用 synchrotron-based computed tomography (SXCT)（同步輻射斷層掃描）分析生物炭的內部結構，並量化孔徑大小、壁厚與孔隙率等關鍵特徵。結果顯示，受測的生物炭在比表面積與壁厚上大致相似，但平均孔徑差異顯著。例如，木材生物炭的孔徑最小，僅 2.35 微米；椰殼生物炭的孔徑則大得多，達 9.78 微米。這一發現凸顯，影響生物炭表現的關鍵不僅是總體孔隙率，而更在於孔徑大小與分布。
為了評估生物炭在混凝土中的功能性特徵，研究人員以含有生物炭的砂漿樣本進行測試。他們使用核磁共振測量水分分布，結果發現添加生物炭的砂漿樣本相較於未添加的對照組，顯著提升了吸水量。這顯示生物炭能有效增強保水性，使其具備應用於過濾系統的潛力。研究還採用電感耦合電漿光學發射光譜進行分析，證實生物炭可吸附氯離子，且吸附效果隨時間增加而提升。雖然這些過濾特性令人期待，但研究也指出，生物炭的添加會導致機械強度下降，這仍是一項需要進一步解決的挑戰。研究結果顯示，孔徑大小、孔隙率，以及水泥漿體如何滲入生物炭孔隙之間的相互作用，是影響整體表現的關鍵，既涉及強度也影響過濾功能。
總結來說，研究提供了重要見解，說明生物炭特定的孔隙結構如何影響其作為混凝土添加劑的功能。結果顯示，生物炭能顯著增強吸水性，並具備應用於過濾系統的潛力。然而，其伴隨的機械強度下降，仍然是大規模應用的挑戰。儘管如此，研究確認生物炭作為多功能永續混凝土添加劑的前景，並可望對全球減排作出實質貢獻。未來研究將是關鍵，以全面理解生物炭微觀結構、機械性能與過濾能力之間的複雜關係。這些發現為開發創新且永續的建材鋪平了道路，協助建築業邁向減碳化。
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：
建築行業脫碳的創新解方：生物炭在混凝土中的應用
負碳建材新突破：以海水與 CO₂ 製造永續混凝土原料
在混凝土中封存二氧化碳的技術，已達規模化應用
Isometric 推出建築環境生物炭封存模組
建築業減碳新解方：環境屬性憑證 (EACs) 如何促進綠色建材市場發展
建築材料：減緩氣候變遷的潛在碳封存利器
建築業中的碳移除技術與政策未來
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
