廃水由来の鉱物回収によるカーボンニュートラル建設材料

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

🔬研究者:Provides a novel method for multi-mineral recovery from wastewater and its application in cement, with detailed characterization and LCA.

🏢実務担当者:Offers a potential low-carbon additive for cement that could reduce embodied carbon and support sustainability reporting.

🏛政策担当者:Highlights a circular economy pathway that could be supported through infrastructure investment and low-carbon construction standards.

セメント製造は、主に石灰石の仮焼と高温でのクリンカー焼成に起因し、世界の人為的CO₂排出量の約8%を占める。高品質な混和材（SCM）の入手難が高まる中、建設部門が直面する持続可能性の課題はさらに悪化している。都市および産業廃水の流れは、溶解および粒子状のカルシウム（Ca）、マグネシウム（Mg）、ケイ酸塩（Si）の継続的に利用可能でありながら、ほとんど未活用の供給源であり、建設材料における資源回収と炭素フットプリント削減を同時に実現する、有望な循環経済経路を提示する。 本研究の目的は、統合化学プロセスを通じて廃水から多鉱物ブレンドを回収し、普通ポルトランドセメント（OPC）システムにおける持続可能なセメント混和材としての有効性を評価し、性能同等性と大幅な体積炭素削減の両方を標的とすることであった。 pHスイング沈殿シーケンスと制御されたCO₂炭酸化を組み合わせて、合成および実都市/産業廃水マトリックスの両方から、炭酸カルシウム（CaCO₃）、マグネシウム含有相（主にネスケホナイトおよびブルーサイト）、および非晶質ケイ酸塩を選択的に回収する方法を開発した。pH、CO₂流量、膜前濃縮を含むプロセスパラメータを、多鉱物収率と生成物反応性について最適化した。回収したブレンドは、X線回折（XRD）、熱重量分析（TGA）、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、レーザー回折粒子径測定により特性評価した。5〜15%の置換率を組み込んだブレンドOPCペーストおよびモルタルを調製した。圧縮強度発現は1、7、28、90日で評価した。微細構造の進化と相組成は、XRD、TGA、水銀圧入法（MIP）を用いて調べた。水和反応速度は等温熱量測定によりモニタリングした。 最適条件下で、88%のCa、72%のMg、65%のSiという高い回収効率が達成された。10%置換では、多鉱物ブレンドは28日圧縮強度51.8 MPaを示し、対照モルタルの53.2 MPaに近接した。水銀圧入法により、総空隙率の18%減少が明らかになり、これは微細CaCO₃粒子（d₅₀ ≈ 3 µm）の核形成効果と、回収されたケイ酸塩の空隙充填/ポゾラン作用に起因し、TGAにより確認された二次C-S-HおよびC-A-S-H生成の増加をもたらした。15%ブレンドは希釈によりわずかな強度低下を示した。ライフサイクルアセスメントでは、直接的なCO₂鉱化とクリンカー置換の両方により、参照OPC配合と比較して体積CO₂排出量の24%削減が実証された。 したがって、廃水由来の鉱物は、実行可能な低炭素セメント混和材を構成する。統合回収プロセスはパイロット実証の準備が整っており、カーボンニュートラルな建設材料への拡張可能な経路を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Cement production accounts for approximately 8% of global anthropogenic CO₂ emissions, driven largely by limestone calcination and high-temperature clinker sintering. The increasing scarcity of high-quality supplementary cementitious materials (SCMs) further exacerbates the sustainability challenge facing the construction sector. Municipal and industrial wastewater streams constitute a continuously available, yet largely untapped, source of dissolved and particulate calcium (Ca), magnesium (Mg), and silicates (Si), presenting a promising circular economy pathway for simultaneous resource recovery and carbon footprint reduction in construction materials. The objective of this study was to recover a multi-mineral blend from wastewater through an integrated chemical process and to evaluate its efficacy as a sustainable cementitious additive in ordinary Portland cement (OPC) systems, targeting both performance parity and significant embodied carbon savings. A pH-swing precipitation sequence combined with controlled CO₂ carbonation was developed to selectively recover calcium carbonate (CaCO₃), magnesium-bearing phases (primarily nesquehonite and brucite), and amorphous silicates from both synthetic and real municipal/industrial wastewater matrices. Process parameters including pH, CO₂ flow rate, and membrane pre-concentration were optimized for multi-mineral yield and product reactivity. The recovered blend was characterized by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and laser diffraction particle sizing. Blended OPC pastes and mortars incorporating 5–15% replacement levels were prepared. Compressive strength development was assessed at 1, 7, 28, and 90 days. Microstructural evolution and phase assemblages were examined using XRD, TGA, and mercury intrusion porosimetry (MIP). Hydration kinetics were monitored via isothermal calorimetry. High recovery efficiencies were achieved: 88% Ca, 72% Mg, and 65% Si under optimized conditions. At 10% replacement, the multi-mineral blend yielded a 28-day compressive strength of 51.8 MPa, closely approaching the 53.2 MPa control mortar. Mercury intrusion porosimetry revealed an 18% reduction in total porosity, attributed to the nucleation effect of fine CaCO₃ particles (d₅₀ ≈ 3 µm) and the pore-filling/pozzolanic action of recovered silicates, which increased secondary C-S-H and C-A-S-H formation as confirmed by TGA. The 15% blend exhibited modest strength reduction due to dilution. Life-cycle assessment demonstrated a 24% reduction in embodied CO₂ emissions compared with reference OPC formulations, resulting from both direct CO₂ mineralization and clinker displacement. Wastewater-derived minerals thus constitute a viable low-carbon cementitious additive. The integrated recovery process is ready for pilot demonstration and offers a scalable route toward carbon-neutral construction materials.

• semanticscholar https://www.opastpublishers.com/open-access-articles/wastewaterderived-mineral-recovery-for-carbonneutral-construction-materials.pdffirst seen 2026-08-09 05:49:56 · last seen 2026-09-29 05:31:32