コンクリートに代わる速乾性3Dプリント粘土ヘンプポリマー

コンクリートの環境的限界: 砂の使用とCO₂排出

コンクリートは過去数十年で建設の中心材料となり、特に密集した都市環境で広く使用されています。低コスト、扱いやすさ、スケーラビリティのおかげで、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。

まず、資源消費の観点から見て持続可能な製品とは言えません。膨大な量の砂を使用しており、報告によれば世界は「砂が枯渇しつつある」とされています。

出典: 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、世界のCO₂排出量の8％がセメント生産に起因していることになります。

これは自動車やバンの排出量（世界排出量の10％を占める）と同程度です。そのため、コンクリートをより持続可能にすることは、世界中の自動車をすべて電気自動車に置き換え、さらに再生可能エネルギーだけで走らせることと同等のインパクトがあります。

粘土‑ヘンプ3Dプリントが低炭素コンクリート代替を実現する方法

従来のコンクリートに代わる環境に優しい代替品の探索と並行して、3Dプリントの原理を用いて住宅を建てるという考えが浮上しました。

レンガ積みのような労働集約的な手法の代わりに、自動化された3Dプリント機械が壁を迅速に組み立てることができます。

しかし、壁をプリントしたからといって、コンクリートに必要な長い硬化時間がなくなるわけではなく、構造が完全な強度に達するまでに依然として28日間の待機期間が必要です。

オレゴン州立大学の研究者は、炭素強度が大幅に低減され、かつ3Dプリント技術と互換性のあるコンクリート代替品を開発しました。

彼らはその結果を『Advanced Composites and Hybrid Materials』¹に「バイオベース添加剤を用いた高速硬化粘土コンクリートによる持続可能なインフラの3Dプリント」というタイトルで掲載しました。

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粘土‑ヘンプポリマーの内部構造: RICFP とバイオベース骨材

セメントは通常、カルシウム、シリコン、アルミニウム、鉄で構成され、最終的にキルンで加熱されて微粉末にされます。

代わりに、研究者は「Radical‑Induced Cationic Frontal Polymerization（RICFP）」と呼ばれる手法を用いた、3Dプリント可能な粘土ベースの建築材料を開発しました。

この手法は次の3つの主要化学成分に依存します:

• フリーラジカルの存在下で重合するモノマー。
• ポリマー鎖同士を結合させるクロスリンク剤。
• 高温下でフリーラジカルを放出し、重合を開始させるイニシエータ。

研究者は、RICFP 結合剤に粘土骨材、砂、バイオチャー、ヘンプ繊維を組み合わせ、圧縮強度、断熱性、持続可能性を向上させました。さらに、アクリルアミド（ACR）モノマー、メチレンビスアクリルアミド（MBA）クロスリンク剤、過硫酸アンモニウム（APS）からなる結合剤を加えました。

全体として、重量比で70–80％がバイオベース材料となります。

出典: Advanced Composites and Hybrid Materials

従来コンクリートより優れた強度と高速硬化

この材料がコンクリートに比べて提供する主な改善点は、特に3Dプリント直後の高い強度です。

3 MPa の構築可能強度により、複数層の壁や屋根のような自立式オーバーハングの構築が可能になります。

時間とともに強度は増加し、最終的に非常に堅固な建物となります。

「住宅用構造コンクリートに必要な 17 MPa をわずか 3 日で超え、従来のセメントベースコンクリートが 28 日かかるのと比較して格段に速いです。」
Devin Roach – オレゴン州立大学機械工学助教授

もう一つの利点は硬化時間です: この材料は住宅構造用コンクリートに必要な 17 MPa の強度をたった 3 日で達成し、完全硬化は 2 週間未満で完了します。従来のセメントベースコンクリートは約 28 日かかります。

研究者はさまざまな 3Dプリント施工方法もテストしました。高強度と高速重合により、新しいミックスは基礎構造なしで印刷できることを実証しました。

出典: Advanced Composites and Hybrid Materials

この新手法は、通常は追加材料や特殊手法が必要なドアや窓の形状も印刷できる可能性があります。

「この材料は、サポートを使用せずに自立構造を印刷できる能力を持ち、前方重合コンクリートのさまざまでユニークな印刷機能を実現します。」

粘土‑ヘンプ3Dプリントが将来の建築にもたらす可能性

当初、3Dプリント住宅や建築材料はコンクリートが使用されていましたが、この新しい建設方法は新素材の恩恵を受ける可能性が高いです。

現時点では、実験段階にあるため、粘土‑ヘンプ‑バイオチャー素材はコンクリートよりも高価です。

しかし、3Dプリントの効率化によるコスト削減とさらなる改良が進めば、最終的には従来素材と同等の価格帯になる見込みです。

加えて、優れた炭素フットプリントは、炭素税がセメントコストに大きく影響し始めた場合の決定的要因となり得ます。

セメント生産への投資

CRH: 持続可能なセメントリーダーと脱炭素化の取り組み

世界有数のセメント生産企業として、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すでしょう。米国と欧州市場の両方で、提供する建設資材総量で第1位です。

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。

CRH は西側諸国政府のインフラ投資が事業成長を後押しすると見込んでいます。再工業化とハイテク製造の国内回帰のトレンドも追い風になるでしょう。

出典: CRH

CRH は以下のイニシアティブで持続可能性に真剣に取り組んでいます:

• 2023年に北米最大のリサイクラーとして、4,390万トンの廃棄物と副産物をリサイクル。
• 同年、セメントプラントで代替燃料を36％使用した結果、CO₂排出量を8％削減。
• 2021年比で2030年までに排出量を30％削減する目標を掲げています。

これは評価すべき点ですが、コンクリート産業の炭素排出を考えると「遅すぎる」可能性も指摘されています。

幸い、CRH は業界の根本的変革の推進者でもあります。特に、低炭素セメント企業 Sublime と欧州のコンクリート大手 Holcim に7,500万ドルを投資しています。

Sublime Systems は2020年にMITからスピンアウトし、常温でセメントを製造する電解セルを活用して、エネルギー集約的なキルンを置き換えることを目指しています。また、石灰石からのCO₂放出を回避するために、カルシウム資源を原料として使用できます。

Sublime の最初の商業施設は2026年早期にホリオークで稼働開始予定です。成功すれば、セメント産業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。

CRH は他の脱炭素・持続可能スタートアップにも投資しています:

• €23.7 million を Cool Planet Technologies に投資。産業向け炭素回収ソリューションを開発。
• $34.7 M を CRH と他投資家が Carbon Upcycling Technologies に投資。全電気ミネラリゼーションでCO₂を産業副産物や鉱物に永久貯留。
• AICrete に投資。ローカルコンクリートメーカーと連携し、AI解析でローカル素材を最適化し、使用セメント量とCO₂フットプリント、コストを削減。
• FIDO AI のシリーズB資金調達に参加。AIで水使用量を削減し、節水を実現するスタートアップ。

最後に、CRH は 3D コンクリートプリンティング（3DCP）にも投資しており、子会社 Amerimix を通じて取り組んでいます。

総じて、CRH はコンクリート・建設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脱炭素化と、次世代セメント・コンクリート技術を創出する革新的スタートアップへの資本提供という両面で、業界の脱炭素化に積極的に備えています。

最新 CRH（CRH）株式ニュースと動向

参照研究

^{1. Nicolas A. Gonsalves et al,. 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 01 2025年10月. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1}