積層造形
CO₂をより多く吸収する3Dプリントコンクリートの設計
Securities.io を Google の優先ソースに追加
コンクリートが抱える環境面の限界：砂の使用とCO₂排出
ここ数十年、コンクリートは建設の主要な材料となり、とりわけ人口密度の高い都市部で広く使われてきました。低コストで扱いやすく、大規模な利用にも適していることから、レンガや石材、木材に徐々に取って代わっています。
しかし、問題がないわけではありません。
まず、資源消費の面で、持続可能な製品とはほど遠いものです。膨大な量の砂を使用するため、報告によれば「世界では砂が不足しつつある」とされています。
セメントの製造は、非常にエネルギー集約的な工程でもあります。ほぼ全面的に化石燃料で稼働しており、その結果、セメント製造は世界のCO₂排出量の8％を占めています。
これは、自動車やバンによる排出量と同程度で、それらは世界全体の排出量の10％を占めています。したがって、コンクリートをより持続可能なものにすることは、世界中のすべての自動車を電気自動車に切り替え、再生可能エネルギーだけで走らせるのと同じほど大きな効果をもたらすでしょう。
一方、炭酸化と呼ばれる現象によって、こうした排出量の一部を相殺することもできます。炭酸化では、セメント系材料が大気中のCO₂を吸収します。
ETH Zurich（スイス）、University of Bath（英国）、University of Manchester（英国）の研究者による新たな研究では、3Dプリントコンクリートが、通常のコンクリートよりも炭酸化が速く、カーボンフットプリントを小さくできる可能性を調べています。Tor Alvaで評価したプリントコンクリートについて、研究者らは、50年間で炭酸化により初期のカーボンフットプリントのおよそ21％を相殺できると推定しました。
研究成果はCement and Concrete Research1に掲載され、論文の題名は「（再）炭酸化：持続可能な3Dプリントコンクリートの新たな可能性」です。
コンクリートとCO₂
コンクリートが世界の炭素排出量の大きな割合を占める主な理由は、石灰石（CaCO₃）の焼成です。石灰石は分解してCO₂と酸化カルシウム（生石灰、CaO）になります。生石灰はその後、粘土や頁岩に含まれるシリカ（SiO₂）、アルミナ（Al₂O₃）、酸化鉄（Fe₂O₃）と直ちに結合し、最終的なセメントを形成します。
「こうした排出量の大部分（通常60％[2]）は、石灰石（CaCO₃）の焼成に起因します。石灰石は分解してCO₂と酸化カルシウム（CaO）になり、その後、窯でクリンカー化の工程が行われます。セメントから排出されるCO₂の残りは、主に熱エネルギーの供給に必要な化石燃料に由来します。」
セメントがコンクリート構造物に使われると、その次の段階で、こうした炭素排出量の一部がある程度相殺されます。
硬化したセメントペーストでは、カルシウムを含む水和生成物が空気中のCO₂とゆっくり反応し、炭酸カルシウムを形成することでCO₂を固定します。
「持続可能性の観点から、CO₂を固定するこの反応は（再）炭酸化と呼ぶことができます。この量は、セメント製造に伴うCO₂排出量のおよそ43％に相当します。」
しかし、この炭酸化の過程にはデメリットもあります。コンクリートの細孔溶液のアルカリ性が低下し、その結果、鉄筋上に存在する不動態皮膜が不安定になることがあります。これにより鉄筋が腐食し、一般的な鉄筋コンクリート構造物の耐用年数が短くなるおそれがあります。
低炭素コンクリートは通常のポルトランドセメントコンクリートより炭酸化が速い傾向にあるため、これは深刻な問題となる可能性があります。
コンクリートの3Dプリント
実例をもとに
コンクリートのデジタルファブリケーションを用いた新しい建設方法のなかで、3Dプリントコンクリートは最も普及しており、有望な技術です。
この技術の実際のカーボンフットプリントを評価するため、研究の著者らは、動的なライフサイクル評価（LCA）を行う手法を開発しました。実例として、スイスアルプスの村Mulegnsにある3Dプリントの塔「Tor Alva」を取り上げ、枝分かれした3Dプリント柱とドームに焦点を当てました。
まず、3つの異なる手法で炭酸化を測定しました。1つは促進試験（CO₂濃度4％、相対湿度67％、温度20 °Cに保った炭酸化チャンバーを使用）で、残る2つは自然炭酸化の結果を用いる手法です。具体的には、炭酸化深さを直接測定する方法と、熱重量分析によって炭酸塩／CO₂量を定量する方法を用いました。
実際の炭酸化速度を把握する
観測された炭酸化の影響を予測するにあたり、研究者らは50年間を対象期間としました。また、3Dプリントコンクリート構造物の結果を、外形が類似し、同様のセメント組成で製造された現場打ち構造物と比較しました。
コンクリートが炭酸化している領域では、利用可能な材料がすべて反応し、CO₂を吸収していることが分かりました。
「炭酸化領域では、固定されたCO2の量は水和結合材100 g当たり44.16～51 gです。後者は、利用可能なケイ酸カルシウム水和物をすべて脱カルシウム化するのに十分な量のCO2に相当します。」
次に問われるのは、3Dプリントコンクリートがその耐用期間中に実際にどれほどの炭素を吸収するかです。促進試験で炭酸化の浸透を分析した結果、50年以内に、塔に使用されたプリントモルタル全体の86％が炭酸化し、プリントされた炭酸化コンクリートの量は合計32 m3に達すると推定されました。
この結果を自然炭酸化の測定値と比較すると、炭酸化深さを直接測定した値は同程度の89％でした。各手法で炭酸化の程度に異なる推定値が得られましたが、これらの割合はCO₂の総吸収量を直接示すものではありません。研究者らによると、pH指示薬では、材料の色が変わる前に起きた相当量の吸収を見落とす可能性があります。吸収量を直接測定する熱重量分析に基づくと、プリントコンクリートのカーボンフットプリントは21％削減されると推定されます。これに対し、自然炭酸化をpH測定で評価した場合の推定削減率は14％でした。
現場打ち構造物と比べると、Tor Alvaのカーボンフットプリントは小さくなっています。コンクリートの使用量が25％少ないことに加え、炭酸化がより進むためです。
「セメント系材料の使用量が25％少ないにもかかわらず、3DPC構造物は現場打ちの比較対象よりも2.5倍多くのCO2を固定できます（プリント構造物は4.6 tCO2、現場打ち構造物は1.9 tCO2）。」
炭素回収の向上
この研究は、炭酸化を速めることでコンクリートの炭素回収量が増え、建物のライフサイクル全体における炭素排出量を大幅に削減できる可能性を示しています。これは、鉄筋のないコンクリート構造物や、炭酸化が速く進む3Dプリントコンクリートで特に当てはまります。
また、調査対象の例であるスイスアルプスのように凍結と融解が繰り返されると、水分やCO2の移動を左右する境界条件と内部の輸送特性の両方に影響した可能性がある点にも留意が必要です。
実際には、温暖な気候の地域では3Dプリントコンクリートがさらに優れた炭素吸収源となる可能性がありますが、それを証明するにはさらなる研究が必要です。
「細孔水が凍結すると、細孔ネットワークが部分的に塞がれ、有効な物質移動が妨げられて炭酸化が遅くなる可能性があります。これらの結果は、部分的な細孔閉塞、水分状態の変化、またはその両方による低温の影響を、このような環境条件下での炭酸化を説明する際に考慮すべきことを示しています。」
この研究は、コンクリートの3Dプリントを最適化する新たな視点ももたらします。3Dプリントコンクリート構造物の形状を最適化する際に、炭酸化を促すことも新たな設計要素となり、表面をできるだけ多く炭酸化にさらすことが考えられます。
だからといって、3Dプリントコンクリートが炭素を排出しない建設方法というわけではありません。炭酸化を最適化しても、セメント製造時の焼成に伴う排出量は依然として大きいものです。そしてもちろん、炭素が再吸収されるまでの50年間は、その炭素が気候変動に大きく影響します。
ただし、こうした炭素排出をセメント工場の段階で回収できれば、コンクリート製であっても、建物のその後の炭酸化によって、こうしたインフラを真の炭素吸収源にできる可能性があります。
最適化した形状、低炭素結合材、適切な補強を組み合わせることで、3Dプリントコンクリートは他の方法よりも早くこの目標を達成できる可能性が高いでしょう。ひいては、建設資材の供給企業にとっても新たな事業機会となり得ます。
先進的なコンクリート技術への投資
CRH
CRH 価格チャート
セメント生産で世界をリードする企業の一つであるCRHは、セメントを用いた建設業界をより持続可能な産業へと変えるうえで重要な役割を果たすでしょう。米国と欧州の両市場で、建設資材の供給量は合計で第1位です。
出典：CRH
同社は28カ国、3,390カ所で事業を展開し、従業員数は78,500人です。世界売上高の65％をCRH Americasが占めています。また、同社は圧倒的な規模を誇る最大のセメント企業であり、Arcosaを最近買収したことで、その優位性をさらに強固なものにしています。
「この取引により、CRHは米国の骨材市場での首位の地位を強化するとともに、世界的なリーダーとしての地位を確かなものにします。また、米国で特に急速に成長している複数の大都市統計地域（MSA）への事業展開を拡大します。」
出典：CRH
CRHは、西側諸国の政府によるインフラへの旺盛な支出が事業の成長を後押しすると見込んでいます。再工業化や、ハイテク製造業の国内回帰という潮流も追い風となるでしょう。
CRHは、複数の取り組みを通じてサステナビリティの面で大きく前進しています。
- 2023年には、他産業から出た廃棄物や副産物を4,390万トンリサイクルし、北米最大のリサイクル企業となっています。
- セメント工場で代替燃料を36％使用したことで、2023年のCO₂排出量を8％削減しました。
- 2021年の排出量を基準として、2030年までに排出量を30％削減することを目指しています。
CRHは、業界により根本的な変革をもたらす役割も担っています。特に、欧州のコンクリート大手Holcimとともに、低炭素セメント企業Sublimeに7,500万ドルを投資しています。
Sublime Systemsは2020年にMITから独立し、電解槽を活用して常温でセメントを製造する技術の開発に着手しました。この技術は、エネルギーと化石燃料を大量に消費する窯を不要にします。また、カルシウム源を原料として利用できるため、石灰石を原料とする際に生じるCO₂の排出も回避できます。
Holyokeに建設中のSublime初の商業施設は、早ければ2026年に稼働する見込みです。実証に成功すれば、セメント業界に大きな変革をもたらし、低排出コンクリートの大規模生産への道を開く可能性があります。
CRHは、脱炭素化とサステナビリティに取り組むほかのスタートアップにも投資しました。
- 2,370万ユーロをCool Planet Technologiesに投資。同社は、従来、脱炭素化が困難とされてきた産業向けに、二酸化炭素回収ソリューションを開発しています。
- CRHとほかの投資家がCarbon Upcycling Technologiesに3,470万ドルを投資。同社は、全電化の鉱物化ソリューションを用いて、セメント、プラスチック、消費者向け製品、肥料、医薬品などの工業副産物や鉱物にCO₂を恒久的に貯留しています。
- AICreteは、地域のコンクリート生産者と連携する「サービスとしての配合設計」プラットフォームです。AIによる分析を活用して地域の材料を最適化し、使用するセメント量を抑えることで、コンクリート製造に伴うCO₂排出量と製造コストの両方を削減します。
- FIDO AIのシリーズB資金調達は、AIを活用して水の消費量を減らし、節水量を増やすスタートアップを対象としています。
最後に、CRHは3Dコンクリートプリンティング（3DCP）にも投資しています。投資は、子会社のAmerimixを通じて行っています。
総じて、CRHはコンクリート・建設業界で収益を上げる有力企業であり、既存施設での直接的な取り組みと、次世代のセメント・コンクリート製造技術を開発する革新的なスタートアップへの主要な資金提供者としての役割の両面から、業界の脱炭素化に積極的に備えています。対象となる技術には、脱炭素化や3Dプリンティングも含まれます。
CRH（CRH）の最新株式ニュースと動向
参照した研究
1．Lucas Nascimento de Lima。「（再）炭酸化：持続可能な3Dプリントコンクリートの新たな可能性」。Cement and Concrete Research。2026年12月。論文番号：108411。第210巻。10.1016/j.cemconres.2026.108411
