香港的高樓大廈每日都會產生大量的建築垃圾，雖然部分會用於填海，最終仍有許多廢物流落至堆填區。香港理工大學土木工程學Michael Anson教授暨土木及環境工程學系傑出研究教授潘智生教授，致力推動建築廢料循環再造，開發嶄新的半濕式碳化技術，轉化廢料成具價值的建築骨料，並在香港推廣可持續的建築方法。
回收混凝土不僅讓大量本應傾倒堆填區的廢料重生，還有助減少碳排放。製作再生混凝土骨料（RCA）為這項回收工作的核心。天然骨料通常佔新建築混凝土體積的60%-80%，雖然RCA可作替代品，但其孔隙率與吸水率高於天然骨料，容易損害新混凝土的強韌度及耐久度，因此難以廣泛採用。
為了解決這些不足，理大研究人員聚焦碳化技術，即以二氧化碳與RCA中的含鈣相反應形成碳酸鈣，從而改善骨料的性能。除了提高RCA的性能，碳化技術還提供永久封存二氧化碳的途徑，切合全球減緩氣候變化的行動。
傳統上有兩種主要的碳化技術：半乾式碳化與濕式碳化。半乾式碳化以水蒸氣為反應介質，通常在高濕條件下（50-100%相對濕度）進行。這種方法相對簡單，但反應速度較慢，數天之後碳化程度才能達到10%到20%之間。半乾式碳化過程中的水分有限，限制了二氧化碳與鈣離子的擴散，因而阻礙碳酸鈣形成。
相比之下，濕式碳化是將RCA浸入液態水之中，促進更快更完整的反應。水固比是其中的關鍵參數，通常在5到100之間，確保有效碳化所需的足夠水分。濕式碳化可以在幾個小時內，達到10%到20%的碳化程度。
然而，這項技術並非毫無缺點，過程中要輸入大量的水之餘，亦涉及消耗大量能源的乾燥、過濾和洗滌等事前與事後處理步驟。這些條件難以使其作大規模實踐，也會引起水消耗及廢水管理的問題。
潘教授與團隊提出更實用和可持續的方法，遂於《水泥及混凝土研究》（Cement and Concrete Research）期刊中發表創新的半濕式碳化方法。該技術利用細水霧在RCA的固液接合處促成碳化反應，彌合了傳統半乾式與濕式碳化之間的差距。
半濕環境會在RCA表面形成一層水薄膜，它受空間侷限，且有效促進碳化反應。驚人的是，該過程可在30分鐘內使RCA達到10.6%的碳化度，與濕式碳化下RCA的30分鐘碳化度十分接近，甚至更勝一籌。
半濕式碳化還能使RCA減少3.6%的吸水率及20%的孔隙率，兩者對於提高RCA在建築應用的品質與耐用度十分重要。
該方法另一關鍵創新之處，就是使用碳酸氫鈉作為催化劑。分子動力學模擬證實加入碳酸氫鈉可創造一個弱鹼性環境，從而降低二氧化碳形態轉化的自由能垒。這種環境有利於二氧化碳快速轉化為碳酸鹽離子，加速整個碳化過程。
半濕式碳化和濕式碳化的對比分析，指出了幾個重要區別。雖然在初始階段，這兩種方法能達到相近的碳化程度，但半濕式技術在水使用與能源消耗方面，明顯更具有效率。此外，半濕式過程也會影響RCA中的矽酸鹽相演化，增強處理過後的RCA反應性，並使RCA在新混凝土中黏合得更好。
總而言之，半濕式碳化技術展示了再生混凝土骨料，對可持續應用的顯著進步。該方法結合了高碳化效率、最少的水消耗與簡化處理，解決了現有碳化策略的主要局限。以碳酸氫鈉作為催化劑，可增強化學反應，提供實用的工業二氧化碳捕獲與應用途徑。因應建築行業尋求減少環境足跡，採用半濕式碳化技術可將混凝土廢物從負擔轉化為寶貴資源，對材料回收和緩解氣候變化具有重要意義。
資料來源： Innovation Digest
