資料載入中
跳到主要內容區塊

logo

內文查詢 網站導覽

文字大小

縮小 放大 English 中文
:::

電子報

新興科技應用
農村發展及水土保持署
改善碳排放量並助益環境友善- 尿布Power
期數 / 第89期
發布日期 / 2023.10.12
主筆 / 林駿恩
責任編輯 / 陳國威
改善碳排放量並助益環境友善- 尿布Power

本文介紹使用添加不可分解廢棄物 (non‑degradable waste) 作為創新建築材料,與傳統混凝土建材相比,其減少大量能源損耗、碳量排放、生態成本等助益。由於建築材料和土地成本居高不下,使得人們對於可承擔購買住宅價格與住宅供應價格相當不平衡。Zuraida等人研究一次性尿布 (recycling disposable diaper waste),作為低成本住宅(low-cost housing)之創新建築材料,從不同比例混合之尿布與水泥,可達到樓板、柱、牆等各構件所需之建物材料強度 (影 1)。

影 1、Revolutionizing Construction: Building Houses with Dirty Diapers | Eco-Friendly Innovation (資料來源:https://www.youtube.com/embed/7WSVSe3b17E)
都市化衍生住居單位不足與廢棄物管理議題

Zuraida等人(2023)指出,在印尼都市地區人口成長率約為每年4%,預測至2025年時總計約68%印尼人口將會生活在都市地區。但缺乏平價住宅供應 (年需求約780,000居住單位,年供應約400,000至500,000居住單位),並隨之衍生貧窮與窮民窟問題,且由於人口快速成長,使得印尼面臨兩個明顯議題,居住需求與廢棄物管理。再者,受限印尼建築規則及規範下,最常使用之建築材料包含混凝土、磚塊、木材、陶瓷類等材料,但考量到環境友善情況下,傳統材料需要較大能源損耗與碳量排放及生態成本等議題。此外,依據廢棄物總量統計資料,從2019年之29.21百萬噸增長至2020年之32.76百萬噸,導致人口成長下所面臨的廢棄物量能管理議題更為嚴峻。

創新建築材料-尿布聚合物混凝土 (disposable diaper concrete)

對此,許多研究人員 (Zuraida et al., 2022; Mohamad et al., 2017; Beddu et al., 2018; Karimi et al., 2020) 投入以尿布聚合物 (baby polymer diaper) 研發自養護混凝土(Self-curing concrete),研究成果指出含尿布聚合物混凝土之功能及物理性質與傳統混凝土相同。因此,為解決人口成長所需平價住宅及廢棄物問題,Zuraida等人(2023) 研究以一次性尿布廢棄物為創新建築材料 (圖 1),以符合印尼建築標準 (Standar Nasional Indonesia/SNI),並可作為低成本住宅構件使用 (表 1與表 2)。

圖 1、複合材料的物理性質. (資料來源:Zuraida, et al., 2022; Zuraida, et al., 2023)
圖 1、複合材料的物理性質. (資料來源:Zuraida, et al., 2022; Zuraida, et al., 2023)
表 1、建築用磚和鋪面磚的強度等級及使用方式. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
表 1、建築用磚和鋪面磚的強度等級及使用方式. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
表 2、複合材料之混合比例(Nc為無添加混凝土、Cx%為添加尿布聚合物混凝土、Nm為無添加砂漿、Mx%為添加尿布聚合物砂漿,x為混合比例) .
表 2、複合材料之混合比例(Nc為無添加混凝土、Cx%為添加尿布聚合物混凝土、Nm為無添加砂漿、Mx%為添加尿布聚合物砂漿,x為混合比例) .
低成本房屋建造標準

Zuraida等人依照Indonesian Ministry of Public Work and Housing的規範 (Keputusan Menteri Permukiman dan Prasarana Wilayah No. 403/KPTS/M/2002),設計原型低成本房屋進行建造(圖 2),其建造標準及規格如表 3所示。無添加混合物之混凝土抗壓強度為24.91 MPa,隨著添加尿布聚合物百分比增加,複合材料之抗壓強度隨之遞減 (圖 3)。

表 3、低成本房屋建造標準. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
表 3、低成本房屋建造標準.  (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
圖 2、使用尿布聚合物建築材料所建造樣品屋. (資料來源:https://www.theverge.com/2023/5/23/23733415/dirty-diapers-construction-material-building-house)
圖 2、使用尿布聚合物建築材料所建造樣品屋. (資料來源:https://www.theverge.com/2023/5/23/23733415/dirty-diapers-construction-material-building-house)
圖 3、尿布複合材料之抗壓強度測試. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
圖 3、尿布複合材料之抗壓強度測試. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
世界第一個尿布聚合物混凝土原型屋

Zuraida等人應用創新複合材料所建造之原型房屋,其結構、非結構部件及強度,如圖 4與圖 5所示。以柱及樑等結構部件為例,尿布聚合物最大可取代百分比為27%,且最大強度達10MPa。以承重牆和道路鋪面為例,其最大可取代百分比為8-9%,且最大強度為8.5MPa。而在非結構部件最大取代量約40%、抗壓強度約2MPa,可作為非載重之隔間牆(non-load-bearing wall)及低衝擊之地板鋪面 (low-impact floor pavers)。此尿布聚合物材料所建造之原型房屋,其總材料用量為22.79立方米,其中1.73立方米為不可分解尿布 (non‑degradable disposable diaper)。即是說,建築中細骨材部分(fine aggregate)約有7.6%是可以用尿布聚合物來取代。

圖 4、使用尿布聚合物混凝土材料與抗壓強度.  (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
圖 4、使用尿布聚合物混凝土材料與抗壓強度. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
圖 5、使用尿布聚合物混凝土建造之低成本住宅平面圖.  (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
圖 5、使用尿布聚合物混凝土建造之低成本住宅平面圖. (資料來源:Zuraida, S. et al., 2023)
推廣尿布聚合物混凝土來改善碳排放量

目前在最重要的步驟為回收程序需分離尿布之塑料和纖維,但受限於處理程序複雜和設備落差,僅少數已開發國家具備回收技術及處理能力 (影 2)。雖然在研究中證明添加尿布於混凝土之複合材料並未明顯減低抗壓強度,此材料特色是對環境友善並具高性價比,並對於社會及經濟層面皆是有助益。但在推動上除了需考量各國政府在建築規則及規範,更需評估廢棄物處理技術門檻。
目前在農村水保署中有多篇關於水土保持教育與環境與人文友善策略類別專題分享,其中陳均美(2023) 「水土保持碳匯評估」、張舒婷(2023)「集水區調適規劃策略推動導入Nbs」、吳蕙雯(2023)「水土保持工程減碳之路」等專題之分享與自然解方、創新材料、環境友善及減少碳排等項目有關。整體而言,在工程面上,除以現地材料、增加綠化面積、友善生態工法等方式施作,並考量氣候變遷影響,對於工程材料使用上更是注重碳排放量控制。因此,在未來或可研發導入廢棄物創新複合材料於工程或景觀造景應用,除可減少碳排放量外,對於成本效益、生態友善、永續環境等更有助益。

影 2、Total Care System 株式会社「纸尿布再生利用系统」 (資料來源:https://www.youtube.com/embed/WtDeiYhqIpU)
影 3、20230516 水土保持工程減碳之路 (吳蕙雯) (資料來源:https://www.youtube.com/embed/72We9FCA660)
影 4、20230919 集水區調適規劃策略推動導入Nbs (張舒婷) (資料來源:https://www.youtube.com/embed/mmoJ7DMLwk8)
影 5、20230926 水土保持碳匯評估 (陳均美) (資料來源:https://www.youtube.com/embed/xMAxf2kJI4Y)
參考文獻與及相關網站

1. Zuraida, S., Dewancker, B. & Margono, R.B. Application of non-degradable waste as building material for low-cost housing. Sci Rep 13, 6390 (2023). (資料來源:https://doi.org/10.1038/s41598-023-32981-y)
2. Zuraida, S., Dewancker, B., Irfan, M. A., Harmaji, A., & Margono, R. B. (2022). Mechanical Properties Improvement of Disposable Diapers Concrete by Utilization Rice Husk-Based Admixture. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1058(1), 012030. (資料來源:https://doi.org/10.1088/1755-1315/1058/1/012030)
3. Beddu, S., Mohamad, D., Nazri, F. M., Sadon, S. N., & Elshawesh, M. G. (2018). Properties of Self-curing High Strength Concrete by using Baby Polymer Diapers. MATEC Web of Conferences, 203, 06022. (資料來源:https://doi.org/10.1051/matecconf/201820306022)
4. Bansal, D., Minocha, V. K., Kaur, A., Dakwale, V. A., & Ralegaonkar, R. V. (2021). Reduction of Embodied Energy and Construction Cost of Affordable Houses through Efficient Architectural Design: A Case Study in Indian Scenario. Advances in Civil Engineering, 2021, e5693101. (資料來源:https://doi.org/10.1155/2021/5693101)
5. Chohan, A. H. (2022). Matrix of Affordable Housing Assessment: A Development Process. Designs, 6(1), Article 1. (資料來源:https://doi.org/10.3390/designs6010004)
6. Engineers Propose an Innovative Way to Repurpose Used Diapers (資料來源:https://www.eit.edu.au/engineers-propose-an-innovative-way-to-repurpose-used-diapers/)
7. A house made of used diapers — researchers in Japan build low-cost, environment-friendly marvel (資料來源:https://theprint.in/science/a-house-made-of-used-diapers-researchers-in-japan-build-low-cost-environment-friendly-marvel/1583202/)
8. Concrete Made with Shredded Diapers Is Just as Strong and Saves Landfill Space (資料來源:https://www.scientificamerican.com/article/concrete-made-with-shredded-diapers-is-just-as-strong-and-saves-landfill-space/)
9. 陳均美 (2023),水土保持碳匯評估,農村發展及水土保持署-技術研究發展平台,(資料來源:https://tech.ardswc.gov.tw/Seminar/FancyBox?id=1999)
10. 張舒婷 (2023),集水區調適規劃策略推動導入Nbs,農村發展及水土保持署-技術研究發展平台,(資料來源:https://tech.ardswc.gov.tw/Seminar/FancyBox?id=1997)
11. 吳蕙雯 (2023),水土保持工程減碳之路,農村發展及水土保持署-技術研究發展平台,(資料來源:https://tech.ardswc.gov.tw/Seminar/FancyBox?id=1934)

Back To Top