[轉錄] 麻省理工發明蓄電水泥 再生能源應用大幅

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麻省理工發明蓄電水泥 為都市結構帶來革命 文/宋瑞文

近年國外許多太陽能發電案場，紛紛利用蓄電池延伸供電時間，即便日照不足或夜間，也能供電八小時以上或全天；或者透過電力市場交易等方式，省下上億費用的案例也大有人在。（參見文章「全天候供電、加蓄電賺上億元的太陽能電廠與VPP」）

*圖說：靜岡市鼓勵市民把自家的太陽能發電，儲存在學校裡的蓄電池，每年藉此省下一億日圓電費。（來源：鈴與商事）

就在蓄電池為再生能源帶來如虎添翼般的助力的同時，一項名為「蓄電水泥（混凝土）」的技術，因其極低的裝設成本與解決環境疑慮的特性，受到多國企業與政府的重視。

發明「蓄電水泥」的單位，是大名鼎鼎的MIT麻省理工學院；在日本，有心的廠商已準備成立組織，加大投入。最近東京都更宣佈撥款兩億日圓支持廠商，研發出能應用於多種空間的產品。

*圖說：2025年3月NHK報導，美國麻省理工大學和日本會澤混凝土公司，共同設立「ec댠hub」（蓄電水泥聯盟）記者會。（來源：NHK）

為讓蓄電水泥應用於社會，2024年4月，美國麻省理工大學和日本會澤混凝土公司，共同設立「ec댠hub」（蓄電水泥聯盟）。同年9月，於麻省理工大學MIT博物館，舉辦計劃啟動儀式。

會澤混凝土社長會澤祥弘在儀式上表示：「要普及再生能源，蓄電池的研發不可或缺，世界各地也為此進行激烈的競爭，本公司為讓本業水泥進一步發展，對這項技術不可能袖手旁觀。希望麻省理工學院的高科技，與本公司關於水泥的量產技術，能一起為這項技術的應用，獲取豐碩的成果。」

現場貴賓雲集，以日本波士頓總領事館首席領事箕谷優為首，有北美三菱商事波士頓分公司總經理等日本企業等代表與會，還有法國大型土木工程公司Bouygues，蒙古最大水泥公司MAK代表等60名政商名流出席。儀式實況也同步直播給麻省理工學院關係人士收看。

研發蓄電水泥的麻省理工大學學者、該校土木工程環境部的Franz-Josef Ulm，為現場來賓說明這項技術的概念。

*圖說：添加在蓄電水泥之中的碳微粒「碳黑」，這是一種人類自兩千年前就會製造的常見工業原料。（來源：會澤混凝土）

蓄電水泥（ec部Gelectron conducting carbon-cement based）是透過在水泥中添加稱為「碳黑（Carbon Black）」的碳微粒（上圖），使其具備將電能儲存於水泥內部的功能。

由於碳黑是一種對水親和性低的疏水性物質，在水泥內部發生的水合反應中，不會被整合進水泥漿體內，也不會參與水合反應，而是與確保工作度（Workability：加工或處理的容易程度）所需的多餘水分，一同被固定於水泥漿體中無數的微孔內，形成線狀結構（下圖右方）。

*圖說：蓄電水泥的形成過程，從左至右分別是：碳黑的疏水性讓它在水泥裡結塊；水泥的親水性導致水合作用，和水一起固化；前兩者的競合導致有體量的線狀結構。（來源：會澤混凝土）

這種線狀結構的碳黑具有幾何學上的特殊構造，如同毛細血管般相互連接，在水泥內部形成極大的表面積。當水泥浸泡於電解質溶液中時，電子會聚集在碳黑顆粒周圍，從而得以蓄電。

麻省理工學院（MIT）的研究發現，用這種材料製成的蓄電水泥，可以用絕緣體分隔，構成兩個電極。當大量電子分別蓄積於兩個電極時，會形成一種極高效的超級電容器（下圖）。

*圖說：多孔狀的碳，被絕緣體分隔，構成兩個電極，各自蓄積電子，形成電容器。（來源：會澤混凝土）

傳統電池是透過內部化學物質發生化學反應，將化學能轉換為電能並加以儲存，但反覆進行化學反應會導致容量衰減，蓄電能力逐漸下降，為其固有缺點。然而，蓄電水泥不需要這樣的化學反應，僅依靠電極間的電子移動即可儲能，實現長期穩定的儲能運作。

正因具備長期使用的特性，應用於建築物或基礎設施中，不需定期維護。這意味著，人們能將太陽能、風力等再生能源產生的電力儲存起來，根據需求靈活使用，從而成為實現零碳社會的高效率解決方案——有效利用再生能源電力，推動新型態能源體系。

幾乎沒有增加成本

此外，以Franz-Josef Ulm教授為首的麻省理工學院研究團隊估算，若將此技術應用於獨棟住宅的水泥基礎中，幾乎無需增加成本，即可儲存整整24小時所需的電能。

若能廣泛使用，結合日益普及的太陽能發電等再生能源，實現「家庭自發電自用」系統，甚至有可能建立，無需依賴傳統輸電網的能源架構。

*圖說：2025年NHK報導，透過蓄電水泥裡的電力發熱，融化積雪的實驗，吸引海外政府官員的參訪。（來源：NHK）

到目前為止，蓄電水泥ec酗w經展示過一些實際應用的範例，像是為LED和遊戲機等小型電子設備供電，並在短期手機充電等更高能耗的應用中表現潛力，很有可能大規模地擴大應用範圍。

據估計，隨著技術的進步，約33立方公尺的蓄電水泥，即可滿足一棟住宅的平均每日能源需求（約10度電）。蓄電水泥還可以整合到風力發電和潮汐發電的結構組件中，提高電網的可靠程度（韌性）。

*圖說：蓄電水泥應用概念圖。從左至右，為再生能源的間歇性能源儲能、用3D列印定製的儲能住宅和工業建築，以及電動汽車的自充電道路。（來源：ec댠Hub）

此外，3D列印技術可為各種蓄電水泥的應用帶來巨大的潛力。3D列印可以製造出結合蓄電水泥的定製結構，允許快速原型製作和生產儲能組件，並可根據特定的建築或工程要求進行定製，用於客製化的節能住宅或商業空間。

研發蓄電水泥的背景，來自對傳統蓄電池的顧慮。傳統蓄電池和超級電容器技術已被用於可再生能源儲存，但它們常常帶來環境和成本方面的挑戰。

例如，傳統電池的生產涉及原材料（如鋰、鈷和鎳）的開採和加工，這些原材料可能面臨日益增長的市場壓力，或相關的負面影響，例如棲息地破壞、水污染，或造成社會不平等。

為此，美國麻省理工學院MIT混凝土可持續性中心 （CS Hub），和MIT 電子導電碳水泥基材料中心（ec댠Hub）才發明了蓄電水泥這項，可擴展又具成本效益的再生能源儲能方案。

*圖說：NHK報導，會澤混凝土公司企業規劃部長小熊祥平表示，希望能以蓄電水泥為都市結構本身帶來革命。（來源：NHK）

而關於前述蓄電水泥的種種願景，東京都已用實際行動表現出很大的興趣。2025年8月，東京都宣布撥款兩億日圓，支持蓄電水泥的研發。第一步希望製造出每立方公尺，蓄電量300Wh，輸出電壓100V的標準蓄電水泥。

第二步是製造出可應用於公共空間的蓄電水泥樣式，像是長椅、紀念碑之類的擺設。第三步則是放在獨棟住宅地板下的專用蓄電水泥。透過種種的蓄電水泥，在東京都內打造出普遍的，（即便沒有電網連接的）獨立型供電系統。

*心得：台灣風光電還在1成出頭的時候，日本已經喊到4-5成（民間企業要6-8成），除了有蓄電池建設計畫，對新的蓄電池技術也很感興趣，大有可為的樣子，@@

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