海水とCO2で作る新しいコンクリート、早稲田大学が開発に成功：省エネ機器

早稲田大学の研究グループが海水とCO2を利用したカーボンリサイクル材料を開発。これを応用した実用性能を持つコンクリートの製造にも成功した。

[スマートジャパン]

　早稲田大学理工学術院の中垣隆雄 教授と秋山充良 教授の研究グループは2024年9月17日、海水中のマグネシウムを用いてCO2を炭酸塩として固定したカーボンリサイクル材料を開発し、一般製品と同等の施工性と建設材料として十分な圧縮強度を持ったコンクリートの製造に成功したと発表した。

　昨今、CO2を分離回収し資源として有効活用するカーボンリサイクル技術が注目されている。これに関連する技術として、CO2を酸化カルシウムや酸化マグネシウムなどに固定化し、製品材料に応用する技術の開発も進んでいる。

　CO2の固定化に用いるカルシウムやマグネシウムは、海水中にイオンとして多く含まれている。そこで研究グループではカルシウムを石膏（CaSO4・2H2O）として、マグネシウムを塩化マグネシウム水和物（MgCl2・2H2O）としてそれぞれ回収し、後者を熱分解して得られる酸化マグネシウムを原料としたカーボンリサイクル材料「WMaCS（ダブルマックス）」を開発した。

「WMaCS（ダブルマックス）」の製造フロー　出典：早稲田大学

　しかし、従来のコンクリートに用いられる普通ポルトランドセメントにWMaCSを混ぜただけのコンクリートは施工性が悪化く、ひび割れなどが発生して強度が不足するという課題があった。

　そこで研究グループでは、古くからある非水硬性のソレルセメントの技術にヒントを得て、材料と配合比を変えたコンクリートを作製し、性能評価を実施。混ぜ込むWMaCSの結晶の制御や独自の配合比の研究よって、コンクリートに求められる1〜2時間程度の凝結時間による施工性の確保と、25MPa以上の圧縮強度の両立に成功したという。このコンクリートは1m3当たり約20〜110kgのCO2を長期間固定化できる。

「WMaCS（ダブルマックス）」を利用したコンクリート材の混練の様子　出典：早稲田大学

　従来のコンクリートに利用される普通ポルトランドセメントは、天然にCO2が固定化されている石灰を熱分解して得られた、酸化カルシウムが主成分のクリンカをもとに製造される。クリンカの製造には熱エネルギーを必要とし、このエネルギーをグリーン化しても、石灰石の熱分解由来のCO2発生は回避できない。

　一方、研究グループが開発したWMaCSを利用したコンクリートは、石灰を一切用いず、海水とCO2だけで作製できるため、コンクリートの抱える非エネルギー起源のCO2も削減可能になるとしている。

　ただし、WMaCSを利用したコンクリートは塩化物を大量に含み、従来のコンクリートのような強アルカリ性ではないため、普通鋼鉄筋を用いるのは困難という特徴がある。そのため研究グループでは、水中への浸漬による溶脱イオンの測定や、ステンレス鋼鉄筋の腐食試験なども継続して実施を進めている。また、消波ブロックやインターロッキングブロック、プレキャストコンクリートなどへの利用を目指す方針だ。

　なお研究グループでは、プラント装置などを手掛けるササクラと共同で、広島県・大崎上島の実証研究エリアにおいて20トン／日の海水を用いたカーボンリサイクル技術のパイロットスケールの試験も取り組んでいる。2024年度中に同エリアにて供給される石炭ガス化複合発電由来のCO2を用い、同様のコンクリートを作製する予定だ。