日本鋼鐵產業於循環社會扮演的角色
日本自1975年石油危機後，每年鋼鐵產品之產量約為1億噸，主要分布於四家大鋼廠—新日鐵住金、JFEHD、神戶製鋼所及日新製鋼，與10家特殊鋼專業製造所和32家普通鋼製造所(如圖4.1-8)，相應之高爐石量為2400萬噸/年與鋼鐵爐石量1300萬噸/年(如圖4.1-9)。如是巨大之副產品或廢棄物的數量，若不規劃出一套持續穩定的再利用管道，則日本循環社會的推動將可能因此而停擺，為此，日本鋼鐵產業相關單位皆致於推動爐石之應用，以高爐石而言，其於國際市場為重要之物資，因此日本除國內再利用外，每年皆有約1000萬噸之數量，外銷至阿拉伯聯合大公國、韓國、台灣、孟加拉、美國、澳洲等40多國作為水泥摻料，總計日本高爐石之應用以水泥產業為主佔73%，其次為道路用骨材14%、混凝土用骨材8%、地工材料1.8%及其他應用等(如圖4.1-10左)，高爐石的總再利用率為100%。
圖4.1-8 日本主要鋼鐵業的概況(2014)[3]
圖4.1-9 日本鋼鐵產品、高爐石、鋼鐵爐石之產量發展趨勢
圖4.1-10 日本高爐石(左)與鋼鐵爐石(右)於不同再利用方式之量能(2016)
至於鋼鐵爐石部分(如圖4.1-10右)，在日本主要以轉爐石為主佔77%，電氣爐石則僅佔23%，不若台灣之轉爐石與電氣爐石比例約1:1。其再利用則著重於鋼鐵廠自行再利用19%、道路工程應用32%、地工應用32.6%及其他等，其中作為混凝土用骨材雖有項目但發生量為0%，鋼鐵爐石之總再利用率為98.4%，每年約20萬噸採掩埋處理；而上述鋼鐵爐石之地工應用包含四種方式(如圖4.1-11)：
擠壓砂樁：利用符合級配分布曲線之鋼鐵爐石砂作為砂樁之主要材料，應用於軟弱土壤的承載力改良或砂性土壤的液化防制。
土壤回填：利用鋼鐵爐石與疏浚泥混合之改良土，回填於堤防之背填側，以減少天然砂石之耗用。
護岸防坡堤：利用鋼鐵爐石與高爐石、飛灰鹼激發所產出之人造骨材，再與爐石水泥混凝土拌合作為護岸防坡堤之材料。
混凝土消波塊或漁礁：利用鋼鐵爐石與高爐石、飛灰鹼激發所產出之人造骨材，再與爐石水泥混凝土拌合作為混凝土消波塊或漁礁之材料。
上述鋼鐵爐石之應用方式，日本皆訂有相關的施工手冊與應用時之鋼鐵爐石膨脹量標準；另外，在有害物質的析出方面，需參照日本環境安全品質標準之相關規範或技術標準，而有關鋼鐵爐石應用時之高鹼性水析出問題，當應用於港灣地區時，建議需考量應用位址、應用方式，以具大量海水可稀釋為原則；亦或以疏浚改良土和爐石水化聚合物之方式應用，使爐石已預先被固化或不直接接觸海水；至於應用於陸地，則應加強高鹼性水可能析出之風險評估。
在膨脹問題的管理部分，有鑑於氣冷高爐石中之鈣礬石會造成膨脹，因此嚴禁水淬高爐石與氣冷高爐石或鋼鐵爐石混合堆置或處置；而鋼鐵爐石中之游離氧化鈣或游離氧化鎂所造成之膨脹，則需透過蒸氣養生熟化，並以浸置於80℃之水中試驗確認膨脹量後始可應用。
圖4.1-11 日本鋼鐵爐石之工程應用
藉由上述日本鋼鐵協會所闡述之應用後可知，鋼鐵產業在循環社會上之努力分兩部分，第一部分為盡可能自我循環自身產出之廢棄物，諸如鋼鐵爐石19%自行廠內再利用，第二部分則是負起供料商之責任，確保各式爐石之品質合於工程應用之要求，包括環境污染標準、膨脹標準與工程使用之粒徑品質，並且協同各研究單位，不斷開發各種應用領域及檢討既往應用方式之長期合適性，以期無害於環境與工程之使用，共同促進循環社會之形成與減少天然骨材之耗用。
日本電力產業於循環社會扮演的角色
煤灰是燃煤火力發電必然的產物，日本每年煤灰的產生量高達1200萬噸以上，是台灣的二倍多(詳圖4.1-12)，不過日本煤灰的再利用率在循環社會的推動下，2005年後則皆趨近於100%，而台灣的煤灰則每隔數年便在評估灰塘建置的議題，其說明台灣的煤灰尚有很大的應用領域尚未開發，因此有待電力產業相關業者之努力。
若細究日本煤灰之再利用範疇可發現(詳圖4.1-13)，日本有67%之煤灰係以水泥生料之方式作為應用，極少比率之飛灰如同台灣般採水泥熟料或於預拌混凝土廠直接添加以取代水泥用量，詢問日方相關單位其原因，獲得之答案為：飛灰在電廠直接集塵收集後，其每批次之粒徑分布、燒失量、需水量與色澤皆不同，其品質無法由電廠端直接管控，且日本混凝土用飛灰的品質要求相較於美國或台灣，皆較為嚴格，如表4.1-3中I種、II種為可應用於混凝土中之飛灰品質要求，燒失量為3%與5%均較ASTM與CNS之要求嚴格，在飛灰的濕度要求上，日本規範中低於1%之要求亦較CNS之3%為低。因此，若飛灰自電廠集塵後若無再經脫碳、分選之處理，則將無法於預拌混凝土中直接使用，而日本預拌混凝土廠亦嚴格遵守相關之原物料品質要求，是故飛灰於日本直接應用於混凝土中之數量極少。至於飛灰之分選設備，在請教日本中央電力研究所可知，約50%之電廠設有飛灰分選之設備，但實際使用之電廠僅2家，這也間接說明為何日本煤灰多數朝水泥生料之領域作利用，而非預拌混凝土之部分。
圖4.1-12 日本煤灰近年的產量與再利用方式
表4.1-3 日本飛灰的品質分類規格表
表4.1-4 日本煤灰於不同應用領或之應用項目
除在水泥生料之應用外，日本煤灰亦應用於土木工程14.5%、營建工程3.8%、農業1.4%與其他領域12.3%等，各領域之應用說明詳表4.1-4，其中土木工程領域中應用較廣的為路基填方(如圖4.1-13、4.1-14)，該煤灰係與少量水泥、水及其他材料混拌後，透過現場夯壓之施工，是為很好的道路基底層材料，抗壓強度可達10~20kg/cm2、CBR值可達20以上、滲透係數介於10-3~10-5cm/s。
雖然日本在煤灰的再利用上已近100%，但由於燃煤發電仍為日本未來不可或缺之電力來源，故其仍不斷開發飛灰新的利用方式或強化除水泥原料外之再利用比例，而如同台灣摻加飛灰於混凝土中之應用，是其未來欲強化之方向。目前日本已著手試辦飛灰混凝土應用於北海道之鐵路工程中，其他諸如以飛灰、爐石取代混凝土中之細骨材予應用於消波塊或人工漁礁中，亦持續在推展中。
圖4.1-13 煤灰於道路工程之應用[4]
圖4.1-14 煤灰作為地工材料之應用範疇[4]
參考文獻
YUKIO NAKAJIMA, “UTILIZATION OF WASTE TIRES AS FUEL FOR CEMENT PRODUCTION”, Conservation & Recycling, Vol.4, No.3, pp.145–151, 1981.
Portland Cement Association, “TIRE-DERIVED FUEL”, Sustainable Manufacturing Fact Sheet, May 2008.
経済産業省，”鉄鋼業の現状と課題”，平成27年4月21日
Kenichi Sato, “Effective use of coal ash as ground materials in Japan”, International Workshop on Geotechnics for Resilient Infrastructure, The Second Japan-India Workshop in Geotechnical Engineering