中国山東省の民間ミキサープラントでの現地調査に基づくコンクリートのカーボンフットプリントデータセット

なぜコンクリートの気候コストが重要なのか

コンクリートは私たちの住まいや道路、橋、高層ビルなどあらゆる場所に使われています。しかし、その製造は大量の地球温暖化ガスである二酸化炭素を放出します。本研究は中国の主要な工業省の一つである山東省に焦点を当て、見かけは単純だが影響の大きい問いに答えようとしています。つまり、日常的に使われる実際の1立方メートルのコンクリートが実際にはどれほどの炭素を排出しているのか、そして理論ではなく実務上の排出要因は何か、という点です。

コンクリート生産の中心地を詳しく見る

中国は世界のコンクリート生産の半分以上を占めており、山東省はその工業的原動力の一つです。同省には主要なセメント・コンクリート企業が集まり、沿海の港湾、内陸都市、重工業が混在しています。この多様性を捉えるために、研究者たちは山東を東・西・南・北・中の5つのサブリージョンに分け、2020年から2024年にかけて商業用コンクリートミキサープラントで現地調査を行いました。建築やインフラで一般的に使われる強度等級をカバーする993件の詳細な配合を収集しました。各バッチについて、セメント、砂、砂利、水、鉱物添加材、化学薬品の使用量、これら資材の輸送方法、ミキサー等の電力消費量を記録しました。

原材料からフレッシュコンクリートまでの各段階を追う

チームは「クレードル・トゥ・ゲート（生産起点から工場出荷時点まで）」の境界を採用し、原材料の生産からフレッシュコンクリートが工場を出る時点までを含めて排出量を算定しました。施工現場や建物の使用期間での影響は含みません。カーボンフットプリントは材料製造、トラックや鉄道による輸送、ミキサー等の機器の電力稼働という3つの段階に分けられます。中国の公的ガイドラインや国際基準に基づき、各材料、輸送手段、1キロワット時あたりの電力にカーボン係数を割り当て、異なるコンクリート等級ごとに立方メートルあたりの排出量を一貫して算出しました。

現実のばらつきを明確な図にする

実際の生産には変動があるため、研究者たちは主要投入項目の統計的挙動を分析しました。配合中の原材料量は平均値付近に集中する一方、輸送距離や電力使用量は偏りが大きく、長距離輸送や高いエネルギー消費を引き起こす一部のプラントや供給業者が存在しました。この不確実性を捉えるため、各強度等級ごとに1万回のモンテカルロシミュレーションからなる確率モデルを構築しました。要するに、観測された原料使用、輸送、エネルギーの範囲内でコンピュータが繰り返し「サイコロを振る」ことで、単一の値ではなく排出量の分布を生み出しました。これらのシミュレーション結果を実際の調査データと比較したところ、非常に近い一致を示し、モデルが実務をよく表していることに自信が持てました。

排出量の主因を見つける

明確な傾向が浮かび上がりました。コンクリートの強度が高くなるほどカーボンフットプリントは急増し、調査対象の最低等級から最高等級ではほぼ倍増しました。22の要因を試した感度分析がその理由を示しています。セメント――配合を結び付ける粉末状のクリンカー――が排出量を圧倒的に支配し、典型的な配合では総排出量の90％以上を占めます。1立方メートルあたりのセメント使用量は、砂の輸送距離や混合のための電力消費よりもはるかに重要です。長距離輸送を道路から鉄道に切り替えたり、電力を食う古い機器を置き換えたりすることは有効ですが、排出削減の最大の手段はセメント含有量の見直し、セメントの種類選定、代替バインダーの利用にあります。

地域差と改善余地

データセットはまた、地域の産業構造や地理が気候影響にどう影響するかを明らかにします。セメント集約的な生産と骨材のトラック輸送依存が目立つ南部山東は最も高い排出強度を示し、最も低い地域に比べて約15％高くなっています。省内全体では、2021年以降平均排出量が約6％低下しており、これは「グリーン建築」政策や効率化の取り組みによるものです。しかし、典型的な実務と最良性能との間には依然として大きなギャップがあります。多くのプラントは先進的なベンチマークに比べてかなり多くの電力を消費しており、老朽化した設備が主因であることから、改修やプロセス管理の改善で得られる改善余地は大きいことが示唆されます。

建築と気候にとっての意味

非専門家向けの核心的メッセージは明快です。コンクリートの気候影響の大部分はセメント、そして私たちがどれだけの量を使うかに起因します。配合設計の最適化でセメント使用量を減らすこと、フライアッシュやスラグなどの材料を混合すること、よりクリーンな輸送経路を選ぶこと、プラント設備を更新することにより、安全性を損なうことなく重要インフラの炭素コストを削減できます。著者らが公開した山東のデータセットは、実務的な意思決定を導き、今後の基準策定に資する詳細で地域特有のものさしを提供します。

引用: Niu, D., Zhou, J. & Guo, B. Carbon footprint dataset of concrete based on field surveys at commercial mixing plants in Shandong, China. Sci Data 13, 465 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06789-0

キーワード: コンクリートのカーボンフットプリント, セメント排出量, グリーン建材, ライフサイクルアセスメント, 中国の建設産業