リビングビルディング：クリーンな都市のためのバクテリアコンクリート

スイス連邦工科大学（ETHチューリッヒ）のエンジニアチームは、光合成バクテリアを利用して炭素排出を削減し、コンクリートの構造支持を強化する新しい建設方法を導入しました。リビングアーキテクチャは将来の建築設計に大きな影響を与える可能性があります。以下が重要ポイントです。

二酸化炭素

二酸化炭素は気候変動に寄与する主要な温室効果ガスの一つです。この化学組成は、時間とともにオゾン層、地域の生態系、そして人間の健康に取り返しのつかない損害を与える可能性があります。CO2濃度が管理されないまま放置されると、海洋のpHを変化させるなどの壊滅的な変化を引き起こすことがあります。

CO2除去は大きなビジネス

これらの懸念から、世界は可能な限り大気中のCO2を削減・除去するために協調的な取り組みを行っています。これまでに、エンジニアはこの課題を達成するためのさまざまな方法を開発してきました。特殊フィルターから、化学物質をより無害な鉱物に変換する材料まで、独創性に欠けることはありません。

直接空気回収システムや森林再生といった概念は、空気中の炭素を直接除去しようとします。これらのアプローチは効果的であることが証明されていますが、費用が高く、世界的な需要に対応できる規模に拡大しにくいという課題があります。これらの制限を認識し、科学者チームは日常生活にCO2捕捉を統合し、生活を妨げない方法を模索しました。

リビングアーキテクチャ研究

最近、Nature Communications誌に掲載された光合成リビングマテリアルによる二重炭素隔離研究¹は、建設用コンクリートに混入されたバクテリアを用いてCO2を捕捉することを強調しています。この課題を達成するために、エンジニアは世界で最も古い生物の一つである光合成シアノバクテリアを利用しています。

このバクテリアは光合成を行い、空気中のCO2を除去しながら、コンクリートの安定性や強度を損なうことはありません。そのため、チームは都市ブロックが建物を通じて自律的に空気を浄化できる未来を想像しています。これらの建物はCO2を直接捕捉・貯蔵し、コストを削減し、空気質を大幅に改善します。

バクテリア混合コンクリートは、光合成中により多くのCO2を吸収することで成長し、強度が増すリビングマテリアルを生成します。驚くべきことに、電力や別途設備を必要とせずに、CO2を積極的に吸収し、バイオマスや炭酸塩を含む鉱物に変換します。

化学環境の変化

エンジニアは、バクテリアがCO2を吸い取り貯蔵し始めると、地域の環境が肯定的に変化すると指摘しました。炭素フットプリントの削減は、CO2吸収に優れた固体炭酸塩の成長を促進し、自然なCO2削減サイクルを生み出します。

ハイドロゲル

このアプローチの一環として、研究者はバクテリアを運搬するための印刷可能なゲルを作成しました。ハイドロゲルはバクテリアの成長に必要な湿度を提供します。また、耐久性と光合成に最適化された架橋ポリマーを組み込んでいます。具体的には、エンジニアは光の透過を最大化し、バクテリアへの栄養供給を向上させるために特殊な幾何学形状を利用しました。

3Dプリント可能

興味深いことに、ハイドロゲルは3Dプリント可能であり、統合が容易です。エンジニアは第一段階としてバクテリアを注入したハイドロゲルを印刷します。この段階ではハイドロゲルは柔らかく、狭い場所にも適合します。光合成開始から最初の30日間が経過した後、印刷されたバクテリアは自立できるようになります。時間が経つにつれ、内部から外部へと変化し、大気中のCO2を利用してより硬く耐久性が増します。

リビングアーキテクチャ概念のテスト

研究者は概念の正確性を確認するために複数の実験室テストを実施しました。小さな形状を3Dプリントし、400日間にわたってその活動と成長を監視しました。チームはバクテリアへの栄養供給やハイドロゲルの耐久性など重要な要素を記録することに注力しました。

リビングアーキテクチャテスト結果

テスト結果は、リビングマテリアルが電力を一切必要とせずに1年以上CO₂を隔離できることを示しました。チームは装置が400日間にわたりCO2を抽出し、材料1グラムあたり26ミリグラムという印象的な速度を達成したと報告しました。

テストにより、CO2が捕捉され鉱物に変換されることが明らかになりました。これらの鉱物は材料内部に沈着し、コアを強化し機械的に補強します。特に、ハイドロゲルが細胞の拡散とCO2捕捉を問題なく可能にしたことが記録されました。

リビングアーキテクチャ研究の利点

項目	従来のコンクリート	リビングバクテリアコンクリート
CO₂捕捉	なし	あり（光合成による）
構造強度	静的	時間とともに向上
エネルギー必要量	なし	太陽光と水の受動利用
耐久性	高い	CO₂が鉱物に変換されるにつれ強化
コスト	確立済み	新興技術、未定

リビングマテリアルで建築することは、世界にもたらす利点が多数あります。まず、この技術は都市の空気質に大きな影響を与える可能性があります。世界的に空気質を見渡すと、人口密度の高い地域ほど空気質が最悪であることが容易に分かります。

この問題は、人口増加が汚染増加につながり、建物が増えることで自然にCO2を除去する樹木が減少するなど、複数の要因から生じています。この戦略は、人々が木造住宅に戻る必要なく、この問題を解決するのに役立ちます。

持続可能性

持続可能性は、この技術が市場にもたらす最大の利点の一つです。建築に使用されるコンクリートを強化することは、インフラコストを削減し、耐久性を向上させる賢いアイデアです。さらに、この環境に優しいオプションは、電力網からの電力を必要としません。バクテリアは光合成を開始するために、わずかな日光・水・CO2だけで十分です。

多用途性

このアプローチのもう一つの大きな利点は多用途性です。3Dプリントされた材料はほぼすべてのデザインに成形・適合でき、将来の建物への統合が容易になります。3Dプリント住宅システムなどの技術と組み合わせれば、数日で家が印刷され、生態系を保護する重要な役割を果たす世界を容易に想像できます。

効率性

汚染物質除去にバクテリアを利用する効率に匹敵する直接空気炭素捕捉システムは他にありません。これらの自然解決策は毛細管力により栄養液を体内に受動的に分配し、ポンプやモーター、バッテリーなど、直接捕捉方式を高価にする要素を不要にします。

実世界での応用

この技術には実世界での応用例が多数あります。まずは建設プロジェクトでの使用が期待されます。建物が常に汚染物質を除去し続ける都市を想像するのは容易です。このグリーンメトロポリスは気候変動を防止し、持続可能性を新たなレベルで促進します。

リビングアーキテクチャのタイムライン

エンジニアは、今後10年以内にリビングコンクリートが実用化されることを望んでいます。しかし、国連がCO2削減目標を設定したことで、これより早く実現できる可能性があります。現在、チームはコンクリートが大規模建築に適合するかどうかを確認する実験を行っています。

リビングアーキテクチャ研究者

ETHのエンジニアがリビングアーキテクチャ研究を主導しました。論文は主要著者としてDalia Dranseike、Yifan Cui、Mark W. Tibbittを挙げています。彼らはAndrea S. Ling、Felix Donat、Stéphane Bernhard、Margherita Bernero、Akhil Areeckal、Marco Lazic、Xiao-Hua Qin、John S. Oakey、Benjamin Dillenburger、André R. Studartらの科学者チームから支援を受けました。

リビングアーキテクチャの未来

リビングアーキテクチャの将来は、いくつかの重要要因に左右されます。すでに、同グループはベネチアの建築ビエンナーレでリビングコンクリートを実演しました。そこで、チームは年間18kgのCO2を大気から除去できる樹木のような3Dプリント構造物を2つ披露しました。驚くべきことに、このCO2捕捉率は20歳の松の木と同等です。

炭素捕捉市場への投資

CO2捕捉市場は、汚染者を対象とした世界的な法規制により大きく活性化しました。企業はCO2排出削減で税額控除を受けられるようになり、基準を満たさない場合は罰金が課せられます。こうした変化の中で、いくつかの企業はCO2捕捉システムの主要プロバイダーとしての地位を確保しています。以下は、評価の高いサービス提供を続ける企業の一例です。

Bloom Energy

Dr. K.R. Sridharは2002年にBloom Energy (BE ) を設立しました。当時の社名はIon Americaでした。Ion Americaの最初の課題の一つは、NASAと協力して火星ローバーが赤い惑星に着陸後に電力を生成できる電気化学セルを開発することでした。

同社はNASAとの協業が終了した直後、Bloom Energyに社名を変更しました。この時点で、同社はこの技術を拡張し、高性能な炭素捕捉、燃料電池、熱捕捉システムの開発に取り組むことを決定しました。
Bloom Energyの固体酸化物燃料電池システムは、燃料電池の排気から水と水素を再利用します。そこからシステムはCO2を分離し、地下に埋める鉱物に隔離します。また、同社はその鉱物を産業用途などに活用する可能性も検討しています。CO2捕捉市場へのエクスポージャーを求める投資家は、Bloom Energyの今後の提供製品について更なる調査を行うべきです。

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リビングアーキテクチャによる炭素捕捉

建物で二酸化炭素を捕捉するという考えは理にかなっています。最大の汚染源である都市や工場は、共通点として大量のコンクリートを使用しており、将来的にリビングアーキテクチャの理想的な候補となります。現在の目標は、この画期的なコンセプトを一般に広め、戦略的パートナーシップを確保して市場に投入することです。

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参照した研究：

^{1. Dranseike, D., Cui, Y., Ling, A.S. et al. 光合成リビングマテリアルによる二重炭素隔離. Nat Commun 16, 3832 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58761-y}