隨著全球產業積極推動減碳目標，水泥產業面臨巨大的減碳挑戰。水泥製造本身即佔全球約 8% 的二氧化碳排放量，其中大部分來自熟料製程的高溫煅燒反應。然而，最新研究指出：生物炭（Biochar） 正逐漸成為水泥與混凝土減碳的新型替代材料。

為何考慮在水泥中添加生物炭？

生物炭 是利用熱解技術，將農業廢棄物、林業副產物等有機生物質在缺氧環境下高溫分解所製得的高碳含量固態材料。當生物炭應用於水泥系統時，具備以下多重效益：

• 降低水泥用量、減少碳排放
• 透過保水功能作為內部養護劑
• 促進水化反應，提升早期強度
• 優化微觀結構，提升耐久性與韌性
• 實現長期碳封存效益

近期研究重點成果

2023至2025年間，多篇科學研究針對生物炭在水泥混凝土中的效益進行深入分析：

生物炭在水泥系統中的作用機制

• 內部養護作用：生物炭多孔結構能儲存水分並緩慢釋放，延續水化反應進行。
• 成核效應：提供豐富的水化產物成核點，加速鈣矽水合物（C-S-H）形成，促進早期強度發展。
• 孔隙細化：低劑量下可填補微孔隙，提升材料致密性與耐久性。

生物炭混凝土的環保優勢

除了提升機械性能外，生物炭在建築減碳路徑中具備以下永續價值

• 二氧化碳封存：穩定封存大氣中的碳於混凝土壽命週期內
• 減少水泥用量：降低熟料需求，直接降低產業碳排放
• 廢棄物高值化：將農林廢料轉化為高附加價值建材，減少焚燒與掩埋

技術挑戰與未來發展重點

儘管生物炭應用潛力龐大，若要進一步擴大商業化應用，仍需針對以下重點深化研究：

• 生物炭品質穩定性（粒徑控制、孔隙結構、成分一致性）
• 不同水泥品種最佳劑量與配比標準化
• 長期耐久性完整評估（凍融、硫酸鹽侵蝕、碳化等試驗）
• 完整實場示範工程與商業應用驗證

近期重要研究資料來源

• Biochar enhances early-age concrete strength up to +40% at 2% replacement (Smart Green Materials, 2025)
• Small doses (1–2%) improve compressive, flexural, tensile strength and fracture toughness (ScienceDirect 系統性回顧, 2024)
• Optimized at ~50 µm particle size and ~2.7% replacement for peak performance (Materials Research Journal, 2024)
• High pyrolysis temperatures (>450°C) yield more effective biochar for cementitious strength gains

結語：生物炭混凝土的商業化潛力

生物炭無疑是未來綠色建材創新領域中最值得關注的解方之一。透過劑量控制、粒徑優化與製程一致性調整，生物炭水泥複合材料有望在未來數年內成為建築減碳的重要支柱，並廣泛導入建築結構與基礎設施領域。