道建協 第23 回 舗装技術に関する懸賞論文

研究開発部門

佳作

再生路盤材を利用した二酸化炭素固定化システムの検討
前田道路㈱ 技術研究所〃〃（公財）地球環境産業技術研究機構 CO2 貯留研究グループ
住友大阪セメント㈱ セメント・コンクリート研究所

１

はじめに

髙橋知谷中哲
三戸 彩絵子上河内 貴所の破砕工場があり、約 350 万 t/ 年のコンクリー

2020 年（令和 2 年）10 月、政府は 2050 年までにト廃材を受け入れて路盤材として再生させてい温室効果ガスの排出を全体として実質ゼロにする。これらの状況を最大限に活かせるのは、CO 2

る、カーボンニュートラルを宣言した。建設業界

吸着（吸収、固定化）技術と捉えた。そこで、合材においても、カーボンニュートラルの達成に向け、工場の排ガスを直接再生路盤材に固定するシステ

様々な手法により取り組んでいる 。

ムを考案した（図－ 1）ので、ここに報告する。

1）

これまで、当社は廃グリセリンや未活用木質タールによる化石燃料の削減や、自社太陽光発電から得られる再生エネルギーを利用した合材製造２などに取り組んできた。2021 年度の当社の二酸化 生路盤材によるCO 2 の固定再のメカニズム

炭素（以下 CO 2）排出は約 28 . 7 万 t－CO 2 である。

コンクリート廃材を破砕して製造する再生路盤排出量のうち約 86 ％を占めている製造部門への材には、コンクリート同様にセメント水和物であ対策が効率的である。また、当社には全国に 92 カる Ca（OH）2 が含まれている。Ca（OH）2 は CO 2 との炭酸化反応により CaCO 3 を生成し、CO 2 を固受入
ｺﾝｸﾘｰﾄ廃材【破砕工場】

定化する（式－ 1、図－ 2）。
Ca（OH）2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O …（式－ 1）

破砕

コンクリート塊大気【合材工場】【反応容器】

投入

CO2CO2固定化

セメント・マトリックス相(Ca(OH)2等)

骨材相

CO32- Ca2+CO2Ca(OH)2販売

水
再生路盤材
図－ 1

道路建設 6 ／ 3

CO2 固定化システムのイメージ

CaCO3 (固定)図－ 2

CO2 固定化の模式図 2）81

この炭酸化（CO 2 固定）は一般的には中性化とCO 2 固定量の算定式は式－ 2、3 に示すとおり呼ばれており、鉄筋コンクリート構造物の耐久性である。測定記録を一定間隔で取得することによの観点では抑制すべき現象である。一方、本研究

り、平均値 a を用いて簡便に CO 2 固定量を算出す

では、再生路盤材を利用するものであり、かつ再ることが可能となる。

資源化後には鉄筋と一体として利用されることはないため、中性化したとしても再生路盤材の品質の低下はないと考えている。

S = a × b ×（c ÷ d）…（式－ 2）
T = S ×（1000 ÷ e） …（式－ 3）
S ：CO 2 固定量 [kgCO 2 ]T：単位重量当たりの CO 2 固定量 [kgCO 2 /t]

CO 2 固定量算出方法

３

a：CO 2 濃度差平均値 [v/v]

再生路盤材に加工する前のコンクリート廃材の一部は、もともとCO 2 を固定している。また、再生路盤材を野積みしている間にも大気中の CO 2 を吸収し、固定する 3）。再生路盤材中の CO 2 量の測定

b：全ガス流量 [m 3 ]c：CO 2 の質量 [kg/mol]
d：CO 2 の体積 [m 3 /mol]
e：再生路盤材の量 [kg]は、固定量の試算に誤差を生じやすいと考えられ

CO 2 濃 度 の 測 定 に は、室 内 実 験 で は 主 にた。そこで本研究では、写真－1に示すような装置

GMP 251（ヴァイサラ㈱製）、屋外実験では CGP 31を作製し、再生路盤材に反応させる前と後のガス中（東亜ディーケーケー㈱製）の CO 2 センサを利用の CO 2 濃度を測定した（図－3）。CO 2 濃度を測定した。適宜、標準ガスにより校正し利用した。

しているガス出入り口以外は密閉空間であるため、「CO 2 濃度低減量≒CO 2 固定量（推定値）」とできる。

４

 積み保管後の再生路盤材に野よる CO 2 固定化

再生路盤材は、屋根付きの有無による違いはあるものの、屋外に野積み保管される。野積み中に空気中の CO 2 を吸収・固定化すれば、それ以上CO 2 を固定化できない可能性がある。そこで、野積み保管した再生路盤材がどの程度の CO 2 を新規に固定できるか、室内試験で検証した。
はじめに、破砕して間もない再生路盤材をコンク
写真－ 1

リート盤上に野積みし、自然放置した（写真－ 2）
。

室内実験例

60 日後、表面から中心にかけて、①～④の位置か3ら再生路盤材を採取した。

CO2濃度(%)

CO2固定量21082

CO2濃度の推移

060120180240
経過時間(min)

300360図－ 3

再生路盤材通過後の CO2 濃度の経時変化例

420
写真－ 2

野積み保管状況と採取位置

道路建設 6 ／ 3

室内実験に用いる調整ガスの CO 2 濃度は、合材実排ガス）を使用する屋外実証実験を行った。屋工場から排出する CO 2 濃度に近い必要がある。複外実験の状況を写真－ 3 に示す。合材工場の煙突数の合材工場の排ガス中 CO 2 濃度は 2 ～ 5 ％であからブロワで実排ガスを引き込み、あらかじめ反るため、CO 2 濃度 3 ％、N 2 濃度 97 ％を標準の調応槽内に入れた再生路盤材（約 200 ㎏）に通気させ整ガスとして使用した。

た。再生路盤材は破砕してから 1 週間以内かつ自①～④から採取した再生路盤材それぞれ 1 kg然含水のものを使用した。煙道から引き込む実排に、調整ガスを 0 . 5 L/min で通気させて CO 2 濃度

ガス中の CO 2 濃度は稼働状況によるため、反応槽を測定し、固定量を算出した（表－ 1）。

前後の配管部で CO 2 濃度を測定し、CO 2 固定量

表－ 1
採取位置
①②③④

野積み保管後の再生路盤材による新規 CO2 固定量

表面から中心までの距離（m）

CO2 固定量（kgCO2/t）

0.00.30.6
1.01.77.1
12.013.2を算出した。

CO 2 固定量は表面からの距離が深くなるほど増加した。表面から採取した①の再生路盤材は、野積み保管中に空気中の CO 2 を吸収・固定して中性化したため、新規の CO 2 固定量が少なくなったと考えられる。一方、0 . 3 m から採取した②の再生路盤材は、①に比べ約 4 倍の CO 2 を固定した。空気にさらされにくくなったことにより中性化の進行が妨げられ、Ca（OH）2 が残存し、新規に CO 2を固定する能力が保たれていたと考えられる。さらに 0 . 6 m より深い位置にあった再生路盤材は、表面部分の 7 倍以上、CO 2 を固定した。
本検討の結果、野積みした再生路盤材による
写真－ 3

CO 2 固定化は空気にさらされた表面付近であって実排ガスによる検証状況も可能であるが、空気にあまりさらされていない

各工場で行った実験条件および CO 2 固定量は再生路盤材を活用することが、CO 2 固定量の増加

表－ 2 に示すとおりである。Ａ工場とＢ工場でにつながることが分かった。つまり、野積みや地は、反応槽に引き込む排ガス流量の検討を行った。

中に締め固められた状態の路盤層などの自然状態

CO 2 固定実験に加え、Ａ工場では、排ガスのばいじ

では、空気にさらされる機会が限定されるため、ん測定などを行った（実験 No. 6）。反応槽の入口と積極的に CO 2 と接触する仕組みづくりが CO 2 削

出口の CO 2 濃度の経時変化を図－ 4、5、6 に示す。

減に効果を発揮することを示している。

５ 実 排気ガスによる屋外検証実験
5－1

実排ガスによる CO 2 固定量の評価

再生路盤材により、新規に CO 2 を固定できる見込みを得たため、合材工場の実排気ガス（以下、
道路建設 6 ／ 3

表－ 2実験
No.

実排ガスによる CO2 固定量の評価条件と結果
測定時間
（min）

ガス流量
（m3/hr）

CO2 固定量（㎏ CO2/t）

140289.44585

5.1

3251582.841452812.625153

3.5160

285.5

工場

1256A

BＡ83屋外実験の結果は、ガス流量が少ないほど CO 2CO2濃度(%)

65No.14

in側センサ値

No.2No.3

固定量が多くなった。一方、ガス流量が多いと、
CO 2 固定量は少なく、短時間で出入り口の CO 2 濃3度が等しくなった。ガスは再生路盤材の詰まり方

2の粗い部分を優先的に通り抜け、通り道にある材10料表面のみで固定化が進むと考えられる。ガスout側センサ値

0306090120150180210240 270

流量の少ない方が、細いガスの通り道にある Ca（OH）2 にも接触でき、CO 2 固定量が増加したと推図－ 4

実験 No.1 ～ 3 の CO2 濃度変化（Ａ工場）察した。
5－26No.4CO2濃度(%)

5No.5

再生路盤材を通過したことによる実排ガス組4成への影響を確認するため、実験 No. 6 では通気前3後のばいじんなどの測定を実施した（表－ 3）。再2

生路盤材を通気した排ガスのばいじん濃度は減少1した。硫黄酸化物 SOx は実排ガスで 0 . 34 g/m 3 未00306090120150180210240270

図－ 53

実験 No.4 ～ 5 の CO2 濃度変化（Ｂ工場）

ブランク

測定１満であり、通気後の変化はなかった。窒素酸化物
NOx の濃度は減少傾向を示した。

経過時間(min)

CO2濃度(%)

排ガス組成に与える再生路盤材の影響

測定２

CO 2 固定化反応では CaCO 3 生成時に水が発生するため（式－ 1）、自然含水比の再生路盤材にこ

測定３の水分が加水され、ばいじんの飛散や SOx、NOx濃度の増加が抑制され、排ガス組成への影響が小2さくなったと考えられる。
1表－ 3

再生路盤材へ通気開始

測定項目00306090120150
経過時間(min)

180210240

図－ 6 実験 No.6 の CO2 濃度変化および排ガス測定状況（Ａ工場）

黒線で示した実排ガス中の CO 2 濃度はおよそばいじん濃度（g/m3）
SOx 濃度（volppm）
NOx 濃度（volppm）

排ガス測定結果

実排ガス
ブランク0.34未満

測定 10.0042未満
0.34未満8.57.40.0092

再生路盤材通気後測定 2
測定 30.0042
0.0042未満
未満
0.340.34未満未満
8.25.8

1 ～ 6 ％の範囲で変動したが、いずれの濃度にお5 － 3 CO 2 固定による再生路盤材の強度への影響

いても橙線で示した出口側の CO 2 濃度は低下し、実排ガスを再生路盤材へ通気させることによるCO 2 固定が可能であった。実験 No. 4 を除き、入口強度への影響を検討した。試験には CO 2 固定量のと出口の CO 2 濃度が一致するまで実験できた。

多かった実験 NO. 4 のサンプルを利用した。修正実験 No. 4 では、CO 2 濃度が 0 にまで底打ちしてCBR 試験などの結果（表－ 4）、通気前後の再生路いるが、これはバーナを停止したことによる。バー盤材は同程度の値を示し、強度への影響が少ない

ナの ON/OFF を繰り返しても、実排ガスの導入にことを確認した。

連動して CO 2 固定が継続している様子が伺えた。

表－ 4145 分経過しても出入り口の CO 2 濃度は一致して項おらず、表－ 2 に示した 12 . 6 kgCO 2 /t よりも実際の固定量は多くなると見込める。

84

最適含水比
最大乾燥密度
修正 CBR

実排ガス通気前後の再生路盤材性状
目

通気前通気後（%）

12.9

13.3（g/cm3）

1.793

1.823（%）

126130

道路建設 6 ／ 3 O 2 固定化率の向上に関する
C
基礎実験

６6－1

CO 2 固定化条件の検討

図－ 7 の緑線で示した実験①では、再生路盤材通過後、CO 2 濃度は 3 % から速やかに 0 % にまで低下した。ガス流量を半分にした実験②では、

実排ガス試験において、CO 2 濃度は再生路盤材を通過した後に低下しているものの、まだまだ低CO 2 濃度の低下速度は若干遅いものの、0 % を記録する時間が実験①よりも長くなった。

減の余地がある。そこで、室内実験により、流量、6 時間後の CO 2 固定量は実験①に比べ、②で約試料量、CO 2 濃度、試料種などを比較し、CO 2 固1 . 5 倍となった。6 時間後の CO 2 濃度はまだ 3 ％に定に効果的な項目を検討した（表－ 5、図－ 7、8）。

回復しておらず、通気時間を延ばせば固定量の増実排ガスの代わりに、濃度が一定の調整ガス（CO 2加が見込めた。

3 % および 6 %）を用いているため、入口の CO 2 濃試料量を倍にした実験③は、流量を減らした実度は測定しておらず、出口の初期値として図中に験②と同じ傾向を示し、CO 2 濃度 0 % の時間が続示されている。一般に、粒径を小さくすることによいた。CO 2 濃度を倍にした実験④は、実験①と同り表面積を増加させ、CO 2 固定量を増やすことも様の傾向を示した。再生路盤材で比較すると、流考えられるが、最終的には再生路盤材を販売する量の低減や試料の増加により、調整ガスが再生路ことを見据え、現行の破砕工程を変更せずに CO 2盤材に滞留する時間も増え、固定量の増加につな固定を効率的に実施するための検討を行った。

がると考えられた。

表－ 5

また、1：3 モルタルを用いた実験⑤では、再生室内試験条件と結果

実験

試料

CO2 濃度（%）

流量（L/min）

CO2 固定量（kgCO2/t）①RC 1kg

30.53.3にまで低下した（図－ 8）が、0 % からの回復は緩や②RC 1kg

30.254.5③RC 2kg

30.53.9かであり、CO 2 固定量の増大が認められた。試料④RC 1kg

60.56.4

中の Ca（OH）2 量が多いため固定量が増えている。

⑤モルタル 1kg

30.57.4

CO 2 固 定 を 再 生 路 盤 材 試 料 か ら も 確 認 す る

注 ①：RC は再生路盤材を 10 mm 以下に分級した試料
注 ②：モルタルは 1：3 モルタル

3

① 0.50L/min

路盤材と同様に CO 2 濃度は 3 % から速やかに 0 %ため、通気前後の再生路盤材表面の化学組成を
SEM-EDS により分析した。通気前は骨材成分の② 0.25L/min

CO2濃度(%)

SiO 2 が試料の大半を占め、セメント由来の CaO が33 % 検出された。ここでは化学組成を酸化物とし2て表現しているが、実際は Ca（OH）2 が多く含ま10れている。実験①から選んだ通気後試料は CO 2 量が増加し、それに伴い他の成分の割合が低下した
012

図－ 7

調整ガスの流量の比較

CO2濃度(%)

334経過時間（h）①RC1kg56（図－ 9）。Ca の割合はほとんど変化しておらず、路盤材表面で CO 2 と結合して炭酸塩となり、骨材表面を覆ったと考えられる。

⑤モルタル1kg

【通気前】

【通気後】

220.3

33.851.5

37.5

16.6

4.702.601
図－ 8

道路建設 6 ／ 3234経過時間（h）

再生路盤材とモルタルの比較

561.5
図－ 9-0.6

28.1

7.00.10.9
1.34.8SiO2Al2O3Na2O
K2OMgOFeO
CaO
CO2SO3SEM-EDS による化学組成分析結果（質量 %）

85

6－2

スラッジ水の活用ことから、CO 2 の安定固定化が確認された。また、

再 生 路 盤 材 の CO 2 固 定 化 能 力 を 左 右 す る Ca

通気した CO 2 が 0 . 24 ％の低濃度であるにも関わ（OH）2 は、当初のコンクリート配合やコンクリーらず反応しており、スラッジ水は合材工場で発生トの材齢により含有量が大きく異なる。より安定する CO 2 濃度（2 ～ 5 %）でも反応可能であること的、効率的な CO 2 固定化を行うために、再生路盤が示唆された。

材以外から Ca（OH）2 を供給する方法も検討した。

本結果での CO 2 低減率は約 17 % であるが、スコンクリート製造時に発生するスラッジ水を噴霧ラッジ水（Ca 濃度：約 900 ppm）中の Ca 濃度を増する技術を有する住友大阪セメント㈱と共同で、加させることにより更なる CO 2 低減効果が期待で以下の検討を実施した。

きる。

スラッジ水とは、生コンクリート製造時のミキサや運搬に用いられるミキサ車を洗浄した後の水であり、セメント水和物である Ca（OH）2 を含有している。

７ 工 場や施工でのCO 2 削減効果
アスファルト合材工場での CO 2 削減効果についスラッジ水の CO 2 固定化能力の確認は、図－て、出荷量の異なる 2 工場を例に試算した（表－ 6）。

10 の実験装置を用いてスラッジ水と CO 2 との反CO 2 固定量は、屋外実験で最も CO 2 固定量の小さ応性により評価した。基礎実験の条件および結果

かった 2 . 8 kgCO 2 /t（表－ 2 中の実験 No. 3）を係を図－ 11 に示す。スラッジ水を CO 2 含有ガス中数としてコンクリート廃材受入量に掛けて算出し（CO 2 濃度：0 . 24 ％）に噴霧した結果、反応容器中た。低減率は、固定量 / 排出量である。の CO 2 濃度は低下した。

表－ 6
噴射ノズル

生コン
スラッジ水ポンプ

反応容器

CO2ガスコンプレッサ

図－ 10

生コンスラッジ水噴霧実験装置（模式図）

CO2濃度(%)

0.260.24CO2含有
ガス

工場①（20 万 t）

6,500

168,000

470

7.2

工場②（10 万 t）

3,400

91,000

255

7.5

全工場

247,000

3,970,000

11,1164.5

両工場とも CO 2 低減率は 7 ％程度となった。ま

(L)

120

た、2021 年度における当社の全工場に適用した場

噴霧時間(min)

15

合にはその低減率は 4 . 5 ％であった。この試算は、

31.2

現状考えられる最低限の見積もり結果であり、前22.0

述の室内試験結果を屋外試験に上手く適用させれ流量(L/min)21.1

CO2濃度(%)

0.24ば、更なる削減効果が期待できる。CO 2 削減への反応容器

スラッジ水
噴霧

合材工場での年間 CO2 低減率の試算結果

CO 2 排出量
Co 廃材 CO 2 固定量 CO 2 低減率
As 合材工場（t）
受入量（t）（t）（%）

噴霧量(mL/min)
空気消費量(L/min)

0.22

再生路盤材の活用の有用性を示唆する結果が得られた。

0.2

また、工場のみならず、施工時の CO 2 削減効果に

0.18
05101520

噴霧時間 / min

図－ 11

スラッジ水の CO2 固定効果

ついても検討した。設計 CBR 4、信頼度 90 ％の舗装断面（交通量区分 N 5、設計期間 10 年）を 100 m 2
施 工 し た 際 の CO 2 低 減 量 を 検 討 し た（ 表 － 7）。

そ の 際 に 得 ら れ た 反 応 生 成 物 を XRD、TG-

なお、表層と基層で用いる加熱合材にフォームDTA で確認した結果、CaCO 3 として 96 % である

ドアスファルトによる中温化技術や、再生電力

86

道路建設 6 ／ 3

100 % を適用し試算したところ、通常施工と比較して 10 . 7 kgCO 2 /t の低減が見込める結果が得られた。なお、上層および下層路盤材には工場の場合と同様に、2 . 8 kgCO 2 /t を CO 2 固定量の代表値として試算した。
舗装工事において、本 CO 2 固定化技術とフォームドアスファルトによる中温化技術等の適用により、100 m 2 当たり約 466 ㎏の CO 2 低減が可能であった。
表－ 7

施工時の CO2 低減量の試算結果

舗装断面使用量（t） CO 2 低減量（t）

表

層 密粒度 As 混合物

5 cm

11.75125.7

基層 粗粒度 As 混合物

5 cm

11.75125.7

上層路盤 再生粒度調整砕石 15 cm

2457.6下層路盤 再生クラッシャラン 15cm

56156.8

各層に自社技術を適用した際の CO2 低減量

８

写真－ 4

実験用アスファルトプラント全景

465.8kgCO2/100m2

ま と め本研究では、再生路盤材による CO 2 固定化が今後 CO 2 削減技術として有用となることを示した。
少なめに見積もった CO 2 固定係数を用いても、合材工場での CO 2 低減率は約 7 % と試算された。実排ガスを用いた屋外実証実験では、再生路盤材を通過した後の排ガスを煙道へ戻せる可能性を示した。
今後、室内並びに屋外実験から得られた知見の更なる検証に向け、実機装置を利用し（写真－4、5）、再生路盤材の供給方法や、実排ガスと再生路盤材の量的バランスなど、詳細な仕様を検討し、システムの実装化を図る。その際、装置は材料供給量の管理なども機械化し、省力・省人化となる CO 2固定化装置にする計画である。
再生路盤材を用いた CO 2 固定化技術の実用化により、道路建設業界の脱炭素に大きく貢献できると期待している。

道路建設 6 ／ 3

写真－ 5

CO2 固定化装置【参考文献】
1）（一社）

日本道路建設業協会新技術開発部会：舗装分野におけるカーボンニュートラル、道路建設 No.788、pp47、2021 .92 ）曽根：コンクリート塊の再資源化による二酸化炭素固定、建設の施工企画、（742 ）、pp9 ～ 13、2011 -123 ）S hu-Yuan Pan、et al.、“An innovative approach to integrated
carbon mineralization and waste utilization :A review”
Aerosol and Air Quality Research、15、1072 -1091、2015、
2020、https://aaqr.org/articles/aaqr-14 -10 -ir-0240 、2022 .12 .487