香港的高楼大厦每日都会产生大量的建筑垃圾，虽然部分会用于填海，最终仍有许多废物流落至堆填区。香港理工大学土木工程学Michael Anson教授暨土木及环境工程学系杰出研究教授潘智生教授，致力推动建筑废料循环再造，开发崭新的半湿式碳化技术，转化废料成具价值的建筑骨料，并在香港推广可持续的建筑方法。
回收混凝土不仅让大量本应倾倒堆填区的废料重生，还有助减少碳排放。制作再生混凝土骨料（RCA）为这项回收工作的核心。天然骨料通常占新建筑混凝土体积的60%-80%，虽然RCA可作替代品，但其孔隙率与吸水率高于天然骨料，容易损害新混凝土的强韧度及耐久度，因此难以广泛采用。
为了解决这些不足，理大研究人员聚焦碳化技术，即以二氧化碳与RCA中的含钙相反应形成碳酸钙，从而改善骨料的性能。除了提高RCA的性能，碳化技术还提供永久封存二氧化碳的途径，切合全球减缓气候变化的行动。
传统上有两种主要的碳化技术：半干式碳化与湿式碳化。半干式碳化以水蒸气为反应介质，通常在高湿条件下（50-100%相对湿度）进行。这种方法相对简单，但反应速度较慢，数天之后碳化程度才能达到10%到20%之间。半干式碳化过程中的水分有限，限制了二氧化碳与钙离子的扩散，因而阻碍碳酸钙形成。
相比之下，湿式碳化是将RCA浸入液态水之中，促进更快更完整的反应。水固比是其中的关键参数，通常在5到100之间，确保有效碳化所需的足够水分。湿式碳化可以在几个小时内，达到10%到20%的碳化程度。
然而，这项技术并非毫无缺点，过程中要输入大量的水之余，亦涉及消耗大量能源的干燥、过滤和洗涤等事前与事后处理步骤。这些条件难以使其作大规模实践，也会引起水消耗及废水管理的问题。
潘教授与团队提出更实用和可持续的方法，遂于《水泥及混凝土研究》（Cement and Concrete Research）期刊中发表创新的半湿式碳化方法。该技术利用细水雾在RCA的固液接合处促成碳化反应，弥合了传统半干式与湿式碳化之间的差距。
半湿环境会在RCA表面形成一层水薄膜，它受空间局限，且有效促进碳化反应。惊人的是，该过程可在30分钟内使RCA达到10.6%的碳化度，与湿式碳化下RCA的30分钟碳化度十分接近，甚至更胜一筹。
半湿式碳化还能使RCA减少3.6%的吸水率及20%的孔隙率，两者对于提高RCA在建筑应用的质量与耐用度十分重要。
该方法另一关键创新之处，就是使用碳酸氢钠作为催化剂。分子动力学模拟证实加入碳酸氢钠可创造一个弱碱性环境，从而降低二氧化碳形态转化的自由能垒。这种环境有利于二氧化碳快速转化为碳酸盐离子，加速整个碳化过程。
半湿式碳化和湿式碳化的对比分析，指出了几个重要区别。虽然在初始阶段，这两种方法能达到相近的碳化程度，但半湿式技术在水使用与能源消耗方面，明显更具有效率。此外，半湿式过程也会影响RCA中的硅酸盐相演化，增强处理过后的RCA反应性，并使RCA在新混凝土中黏合得更好。
总而言之，半湿式碳化技术展示了再生混凝土骨料，对可持续应用的显著进步。该方法结合了高碳化效率、最少的水消耗与简化处理，解决了现有碳化策略的主要局限。以碳酸氢钠作为催化剂，可增强化学反应，提供实用的工业二氧化碳捕获与应用途径。因应建筑行业寻求减少环境足迹，采用半湿式碳化技术可将混凝土废物从负担转化为宝贵资源，对材料回收和缓解气候变化具有重要意义。
数据源： Innovation Digest
