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https://biochartoday.com/2025/06/03/concretes-green-revolution-how-biochar-boosts-strength-by-up-to-76-and-sequesters-9-40-kg-co2-m%C2%B3/
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在《Alexandria Engineering Journal》發表的一篇綜述中，研究人員Yuan Zhou、Sheliang Wang和Ling Chen深入探討了生物炭作為混凝土填充材料的變革潛力。他們的研究指出，這種富含碳的材料能夠顯著改善混凝土的機械性能與環境足跡，進而徹底改變永續建築的未來。該綜述整合了近期的研究成果，證實生物炭透過複雜的物理與化學機制，對混凝土的「新拌性質」與「硬化性質」都產生深遠影響，為更綠色、更堅固的建材鋪平道路。
生物炭的影響首先體現在新拌混凝土階段，其高比表面積與獨特孔隙結構會影響工作性、初凝時間及流變行為。特別的是，生物炭優異的保水能力能促進水化過程，如同內部養護劑的作用。研究發現，添加2%的細粒生物炭（粒徑小於45微米），可使初凝時間縮短約15–20%；對於超高性能混凝土，初凝時間甚至可縮短達25%。這主要歸功於生物炭粒子提供大量鈣矽水合物（C-S-H）與其他水化產物的成核點。
更進一步的研究指出，竹炭在加速期內可使水化反應的放熱速率提升最多達18%，若添加5%，主水化峰可提前約2至3小時出現。總體而言，經生物炭改質的水泥漿體在前24小時的累積放熱量增加達25%，顯示早齡期反應更為活躍。
除了新拌性能外，生物炭對硬化混凝土的性能也有顯著提升。最佳添加比例約為水泥質量的2%至5%，此範圍內可使抗壓強度提高高達76%。其改善的孔隙結構與水化產物，有助於提高混凝土在化學腐蝕與凍融循環等惡劣環境下的耐久性。例如，預先吸水處理的生物炭樣品，其吸水率比對照組減少41%。含有1–2%木質廢料生物炭的混凝土，在120天氯化物暴露後強度增加8–11%；而混有木質廢料與稻殼炭的砂漿，在120天硫酸鹽環境中抗壓強度提升14–17%。此外，添加5%生物炭可使混凝土電阻率提升13%（達9.10 kΩ·cm），表示對氯離子滲透的抵抗能力增強。微觀結構分析顯示，5%替代量可使大孔體積減少高達55.6%；同時，生物炭本身具約45.7%的內部孔隙，進一步貢獻整體孔隙率。
在熱性能方面，生物炭也表現出優異的隔熱效果。由於其本身具備多孔結構且導熱係數低於傳統混凝土成分，因此可使混凝土導熱率降低最多達50%。具體而言，添加1–10%木材來源的生物炭可使砂漿導熱率降低16–39%，因其結構形成熱傳導的不連續路徑，有助於建築體系的熱穩定性與節能。
生物炭應用於混凝土中最具吸引力的一點，在於其卓越的環境效益，特別是碳封存能力。作為穩定的碳儲存載體，生物炭可將大氣中的碳穩定地封存於混凝土結構中整個使用壽命。研究指出，添加3%的花生殼生物炭可使混凝土二氧化碳吸附量增加2.5–3%，相當於每立方公尺封存約7.20–9.40公斤的二氧化碳。木質纖維來源的生物炭則可達到每克3.3毫摩爾的CO₂吸附能力。使用生物炭也符合循環經濟原則，將農業與林業廢棄物轉化為有價值的建材。
儘管前景令人振奮，但標準化、品質控管與規模化生產仍是未來挑戰。後續研究將聚焦於生物炭特性優化、長期性能評估與建立預測模型，以促進其更廣泛的商業化應用。總的來說，生物炭融入混凝土代表著建材工業邁向強度與永續並重的重要突破。