サステナビリティ
コンクリートは過去・現在・未来にわたり重要な構造材料であり続ける – その欠点をどのように回避できるか？
Securities.io を Google の優先ソースに追加
コンクリートの制限
過去数十年でコンクリートは建設の中心材料となり、特に密集した都市環境で重要です。その低コスト、使いやすさ、スケーラビリティにより、レンガ、石、木材に取って代わってきました。
しかし、問題がないわけではありません。
持続可能性
まず、資源消費の観点から見ると、持続可能な製品とは程遠いです。膨大な量の砂を消費しており、世界は「砂が枯渇しつつある」とまで言われています。
ソース: Visual Capitalist
セメントの生産も非常にエネルギー集約的な活動です。ほぼすべてが化石燃料で賄われており、セメント生産が世界のCO2排出量の8％を占める原因となっています。
これは自動車やバンのCO2排出量（世界全体の排出量の10％を占める）と比較できます。したがって、コンクリートをより持続可能にすることは、世界中のすべての車を電気自動車に置き換え、再生可能エネルギーだけで動かすことと同等のインパクトがあります。
耐久性
もしコンクリート建築が何世紀も持続すれば、砂の消費とCO2排出は一度きりの作業とみなすことができ、建築物は長期間存続するでしょう。
しかし、実際はそうではありません。今日建設されている大部分は鉄筋コンクリート建築であり、平均寿命はわずか50〜100年です。その後、完全に取り壊され、瓦礫はどこかに埋められ、ゼロから再建されます。
新しいコンクリート技術
このような高い環境コストと耐久性の欠如は、コンクリートの改良が必要であることを示しています。理論的には、建設の基本材料として石、粘土、木材だけに戻すことも可能ですが、コンクリートの実用性と低コストにより、建築家が好む材料としての地位から排除するのは非常に困難です。
鋼材の除去
現代コンクリートの低耐久性の主な原因は、内部に挿入された鋼製鉄筋（リインフォースバー）です。鋼鉄筋はコンクリートの引張強度（引っ張りや伸びに対する抵抗力）を大幅に向上させ、重要な構造的利点を提供します。
問題は、主に鉄でできた鋼が最終的に錆びることです。錆びると膨張し、周囲のコンクリートにひび割れを引き起こします。これをしばしば「コンクリートがん」と呼び、鉄筋コンクリートが短命である理由です。
ソース: USNW Sydney
グラフェンコンクリート
新素材を開発する中で、コンクリートにも新たな解決策を適用できます。優れた2次元素材であるグラフェンをコンクリートに添加することで、バージニア大学の研究者はコンクリートの性能を向上させ、耐久性を高め、炭素排出量を削減することに成功しました。
この研究は『Journal of Building Engineering』にRheological, mechanical, and environmental performance of printable graphene-enhanced cementitious composites with limestone and calcined clayというタイトルで掲載されました。
彼らは3Dプリンティングに使用されるコンクリートに焦点を当てており、これは私たちがHome Ownership is More Prohibitive than Ever Before in North America – Can 3D Printing Change This?でさらに詳しく取り上げたテーマです。
グラフェン強化LC2コンクリートは、従来の印刷可能コンクリート混合物と比較して温室効果ガス排出量を約31％削減できる可能性があります。これは、製造時に大量の炭素を排出する鋼の代わりに、純粋な炭素からなるグラフェンを使用したためです。したがって、補強部分に関しては、この新しいコンクリートは炭素を排出するのではなく捕捉します。
ただし、セメント部分は依然として炭素集約的なプロセスですが、これは良い第一歩です。
さらに、グラフェンははるかに安定しており酸化（錆び）しないため、この種のコンクリートはコンクリートがんから守られるはずです。もし建物の寿命が大幅に延びれば、長期的に排出量も大幅に削減されます。
ヘンプ鉄筋
グラフェンのような先進素材が唯一の選択肢ではないかもしれません。現在、グラフェンはかなり高価であり、これらの高性能・低排出コンクリートの商業化を妨げる可能性があります。
ヘンプ（大麻植物の非精神活性種）は建築資材としてますます利用されています。適切に加工すれば、断熱材や小規模建築用のヘンプブロック、さらにはヘンプコンクリート（ヘンプ＋コンクリート）に変えることができます。
ソース: 2050 Materials
また、天然繊維強化熱可塑性（NFRT）複合鉄筋、すなわちヘンプロープと熱可塑性スリーブを組み合わせたヘンプ鉄筋として形作ることも可能です。
ソース: CASE
ヘンプは植物繊維であるため、炭素負荷がマイナスで大気中の炭素を固定します。また、ヘンプは非常に耐久性が高く、燃えにくい特性も持ちます。
自己修復コンクリート
すべてのコンクリートが数十年で劣化するわけではありません。ローマ帝国時代のものなど、何千年も持続したコンクリートもあります。例えば、有名なパンテオンは世界最大の無鉄筋コンクリートドームで、紀元128年に建設されました。
重要な点は、これらのコンクリート構造物が鉄筋を使用していなかったことです。また、火山岩や火山灰などの特殊素材を用いて、コンクリートがある程度自己修復できるようにしていました。
火山岩は砂ほど豊富ではないため完全にスケールさせるのは難しいかもしれませんが、鉄筋を必要とせず、再建の必要性が低い多くの建設にとっては選択肢となり得ます。
加熱コンクリート
腐食に加えて、コンクリート建築を損傷させる要因として、冬季の凍結・融解サイクルがあります。水が凍ると膨張し、コンクリートを少し削ったりひび割れを生じさせます。時間が経つにつれ、被害は深刻化します。
「Self-Heating Concrete Could Help our Roads, Aquifers, and Wallets」では、低温相変化材料（PCM）をパラフィンのマイクロカプセルに組み込み、直接コンクリートに混合する方法を検討しました。
これにより、0℃前後の温度でコンクリートを凍結から守り、冬季の道路保守の必要性を減らすことが期待できます。
炭素フリーセメント
セメントの炭素排出量は自動車に匹敵するほど高く、関連する炭素排出を削減または完全に除去する重要な改善が必要ですが、実現は容易ではありません。
グリーンエネルギー
セメント生産には大量の熱が必要なため、化石燃料ベースのキルンやカルシナ―に代わる電気または熱ベースの代替技術の開発が求められます。
これは必ずしも高度な技術課題ではありませんが、業界全体が設備を変更し新技術を採用するには時間がかかります。
さらに、化石燃料ベースの産業プロセスの電気代替は、使用する電力がどれだけクリーンかに依存します。そのため、安定した炭素フリー電力の供給も必要です。
石灰石関連排出
セメント生産から炭素排出を除去する際の大きな課題は、排出のすべてがエネルギー消費によるものではない点です。もしそうであれば、石灰石をセメントに加熱する際にグリーン電力を使用すれば十分です。
しかし、セメントの基礎原料である石灰石自体がCO2を排出します。以下の式（Δは熱）に従い、石灰石はカルシネーションと呼ばれるプロセスで分解されます：CaCO3 + Δ → CaO + CO2。この式
しかし、いくつかの代替案があります：
- 石灰石の置換：炭酸カルシウム（石灰石）ではなくケイ酸カルシウムを使用することで、Brimstone社は炭素フリーセメントの製造を提案しています。
- ケイ酸カルシウムは非常に豊富な鉱物であるため、主に技術開発と商業的競争力の確保が課題です。
- 炭素回収：現在、多くのセメント生産施設は化石燃料ベースのカルシナ―と石灰石を使用しているため、排出を回避するよりも捕集する方が容易かもしれません。
持続可能なセメント企業
CRH 価格チャート
世界のセメント生産リーダーの一つであるCRHは、セメント建設をより持続可能な産業へ転換する上で重要な役割を果たします。同社は米国と欧州市場で提供される建設資材総量でナンバーワンです。
同社は28か国、3,390拠点で事業を展開し、78,500人を雇用しています。CRH Americasは2023年の全世界売上の65％を占めています。
同社は、西側諸政府によるインフラ投資の増加が事業成長に寄与すると見込んでいます。また、再産業化やハイテク製造の国内回帰の傾向も追い風になるでしょう。
持続可能性
CRHは一連のイニシアチブにより持続可能性で大きな進展を遂げました：
- 北米で最大のリサイクル企業（第1位）であり、2023年に他産業からの廃棄物・副産物を4,390万トンリサイクルしました。
- セメント工場で代替燃料を36％使用した結果、2023年にCO2排出量を8％削減しました。
- 2030年までに（2021年比）排出量を30％削減することを目指しています。
これは称賛に値しますが、遅すぎる、手遅れという見方もあります。
幸いにも、CRHは業界の根本的変革の推進者でもあります。特に、欧州のコンクリート大手Holcimと共に、低炭素セメント企業Sublimeに7500万ドルを投資しました。詳細はこちら
Sublime Systemsは2020年にMITからスピンオフし、電解装置を用いて常温でセメントを製造し、エネルギーと化石燃料集約型キルンに代わります。また、石灰石からのCO2放出を回避するために、カルシウム源を原料として使用できるようにしています。
Sublimeのホーリョークにある最初の商業施設は2026年早期に稼働する見込みです。成功が証明されれば、セメント業界の真のゲームチェンジャーとなり、スケーラブルな低排出コンクリートへの道を開くでしょう。
“Sublimeはセメント製造における破壊的な力です。その独自技術は、クリーン電力の使用から炭素フリー原料まで、製造プロセス全体にわたります。その可能性に興奮しており、規模で市場に投入するために協力できることを喜んでいます。この投資は、最も革新的な技術を拡大することで建設の脱炭素化を加速するというHolcimの戦略と完全に一致しています。”
Officer Nollaig Forrest – Holcim’s Chief Sustainability
CRHは他の脱炭素化・持続可能性スタートアップにも投資しています：
- Cool Planet Technologiesに2,370万ユーロを投資し、従来脱炭素化が難しい産業向けの炭素回収ソリューションを開発しています。
- CRHと他の投資家がCarbon Upcycling Technologiesに3,470万ドルを投資し、全電気式鉱化ソリューションでセメント、プラスチック、消費財、肥料、医薬品などの産業副産物や鉱物にCO2を永久に貯蔵します。
- AICreteは「レシピ・アズ・ア・サービス」プラットフォームで、地域のコンクリート生産者と協働し、AI分析を用いて地域資材を最適化し、使用セメント量を最小化することで、CO2フットプリントとコンクリート生産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を活用して水消費を削減し、水の節約を増やすスタートアップです。
全体として、CRHはコンクリート業界の収益性の高いリーダーであり、既存施設での直接的な取り組みと、次世代のセメント・コンクリート生産技術を創出する革新的スタートアップへの主要な資本提供を通じて、業界の脱炭素化に積極的に備えています。
