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重建設資材の製造における二酸化炭素回収・利用・貯留

Carbon Capture, Utilization, and Storage in the Production of Heavy Construction Materials (原題)

Khaled Aldhufri

Zenodo (CERN European Organization for Nuclear Research)📚 査読済 / ジャーナル2026-09-14#CCUS経営インパクト: コスト削減対象セクター: construction
DOI: 10.5281/zenodo.22748975
原典: https://doi.org/10.5281/zenodo.22748975

🤖 gxceed AI 要約

日本語

セメント・コンクリート・鋼・れんが等の重建設資材製造に伴うCO2排出に対し、CCUSを材料とプロセスを結合した統合システムとして適用する理論的枠組みを提示。熱力学・反応速度論・多相輸送・ポロメカニクス・炭酸化化学・LCAを統合し、鉱物炭酸化を主要な利用経路として定式化。直接炭酸化、CO2養生、カルシウムループ、酸素燃焼、燃焼後吸収等の技術経路を整理し、CCUSは孤立した除去操作ではなく結合系として実装すべきと結論づける。

English

This paper develops an integrated scientific framework for applying CCUS to heavy construction materials such as cement, concrete, steel, and bricks. It combines thermodynamics, reaction kinetics, multiphase transport, poromechanics, carbonation chemistry, process modeling, and LCA, with mineral carbonation as the main utilization pathway. It identifies routes including direct carbonation, CO2 curing, calcium looping, oxy-fuel, and post-combustion capture, arguing CCUS must be deployed as a coupled material-process system rather than an isolated removal operation.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本のGXでは鉄鋼・セメントなど素材産業の脱炭素が難易度の高い領域であり、本論文はCCUSを資材製造プロセスに統合する設計指針を提供する。SSBJや有報でのスコープ1排出開示、GXリーグ・カーボンニュートラル推進の文脈で、素材メーカーの移行計画策定に示唆を与える。

In the global GX context

Globally, heavy materials like cement and steel are hard-to-abate sectors central to ISSB/CSRD transition-plan disclosure and net-zero commitments. This paper contributes a coupled material-process framing for CCUS that can inform transition finance eligibility and industrial decarbonization roadmaps, though it remains conceptual rather than empirical.

👥 読者別の含意

🔬研究者:CCUSを材料科学・反応工学・LCA横断の結合系として扱う理論的枠組みと支配方程式の整理が参考になる。

🏢実務担当者:セメント・鉄鋼など素材企業がCCUS導入を検討する際、炭酸化経路やCO2養生など実装オプションの全体像を把握できる。

🏛政策担当者:素材産業の脱炭素支援策やCCUS実装ロードマップ設計において、材料・プロセス統合の視点を取り込む根拠となる。

📄 Abstract(原文)

The production of cement, concrete, steel, bricks, precast elements, and otherheavy construction materials is associated with substantial carbon dioxide emissions,particularly from limestone calcination, fuel combustion, and high-temperaturematerial processing. Carbon capture, utilization, and storage represents an integratedtechnological framework capable of separating carbon dioxide from industrial exhaustgases, converting it into stable mineral phases, incorporating it into constructionproducts, or transporting it to permanent geological storage.This paper develops an advanced scientific framework for applying carbon capture,utilization, and storage to heavy construction materials. It integrates thermodynamics, chemical reaction kinetics, multiphase transport, porous-media mechanics,heat transfer, carbonation chemistry, process modeling, and life-cycle assessment.The principal utilization pathway considered is mineral carbonation, in which carbon dioxide reacts with calcium- and magnesium-bearing phases to produce stable carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate.The governing equations are formulated using conservation laws, chemical-potentialrelationships, Arrhenius kinetics, diffusion-reaction models, Darcy transport, andporomechanical coupling. The performance of carbon capture, utilization, and storage-based construction materials depends on carbon dioxide pressure, relative humidity, temperature, pore connectivity, reactive oxide concentration, particle size,carbonation degree, and cement hydration. Direct carbonation, indirect mineral carbonation, carbonated recycled aggregates, carbon dioxide curing, calcium looping,oxy-fuel combustion, post-combustion absorption, and direct separation are identifiedas important technological routes.The analysis demonstrates that carbon capture, utilization, and storage shouldbe implemented as a coupled material-process system rather than as an isolatedcarbon-removal operation.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。