研究者らは3Dプリント技術を用いて、BioHome3Dと呼ばれるプロトタイプの住宅を開発した。
木材廃棄物とバイオレジンを組み合わせて印刷されており、100％バイオベースでリサイクル可能な素材で、耐候性を備えている。
この住宅を手がける企業は、生産規模を拡大する方法を検討するための研究工場を開発するため8,000万ドルを調達しており、2023年末までに稼働させる予定だと述べている。
行き場のない100万トンを超えるおがくずが存在していた。メイン州では、州土の約90％が森林に覆われており、製材所は同州の主要産業の一つである。その製材所から出るおがくずは、従来、同州のもう一つの主要産業である製紙・パルプ工場に供給されていた。
しかし、同州で最大級の製紙・パルプ工場のいくつかは、閉鎖されており、近年、製材所から出る端材、木材チップ、おがくずを合わせた年間100万トンを超える廃棄物の流れは、引き取り手がないままになっている。
メイン大学の材料科学者たちは、先端構造・複合材料センターで機会を見出した。ポリマーと新興のバイオマテリアルを組み合わせる専門家である彼らは、使い道のない木材廃棄物の余剰分が、建築に使える新たな素材の山に見えたのである。
同センターは最近、州の手頃な価格の住宅不足の解消策を見つけるよう任されていた。この不足は、パンデミックに関連したサプライチェーンの問題と労働力不足によって悪化していた。3Dプリンティングは潜在的な解決策に思われた。そして豊富に存在する木材廃棄物を前に、大学の研究者たちは、おがくずが新しい種類の建築材料になりうるのではないかと考え始めた。
数年にわたる開発の後、同大学の研究者たちは最近、BioHome3Dを発表した。これは100％バイオベースでリサイクル可能な素材を用いて3Dプリントされた、600平方フィート（約56平方メートル）のプロトタイプ住宅である。木材廃棄物とバイオレジンを組み合わせて、超大型3Dプリンターが使用する基本素材を形成し、床、壁、屋根を含む住宅全体を層ごとに押し出して造形した。断熱材や床タイルには、他の木材ベースの素材も使用された。住宅は4つのモジュールに分けて印刷され、大学近郊のオロノ町の敷地に輸送された後、約1日で組み立てられた。
先端構造・複合材料センターのエグゼクティブディレクターであるハビブ・ダガー氏は、3Dプリンティングに木材繊維の原料を用いることは住宅を建設する持続可能な方法であり、現在市場に参入している3Dプリント住宅の多くが炭素集約型のコンクリートを使用しているのと比べ、より包括的なアプローチであると述べている。「基礎、屋根、天井、床は印刷せず、壁だけを印刷しているのです」と同氏は述べる。「それは良いことですが、労働力の問題は解決しません」
また、メイン州のような寒冷な北部地域では、コンクリートやその他のジオマテリアルで住宅を現場で3Dプリントすることは、一年の大部分において現実的ではない。ダガー氏は、同センターが開発した木材と樹脂の複合素材は耐候性があり、その製造は建設現場ではなく工場で行うことができると述べている。
BioHome3Dは実寸大の概念実証である。ダガー氏によると、この住宅は典型的な住宅と同様に建設され、家具も備えられており、この新しい製造手法のモデルとして、また一種の実験として位置づけられている。「我々は研究室で考えうるあらゆる試験を行ってきました。この素材を、長年にわたり凍結融解や温度サイクル、そして強度試験にかけてきたのです。そして、この素材が機能することは分かっています。しかし、メイン州の厳しい冬を実際に経験させることに勝るものはありません」とダガー氏は述べている。
メイン州のその冬はすでに始まっており、ダガー氏のチームはこれを利用して、野外での住宅の性能を監視している。住宅には多様なセンサーが取り付けられており、今後数か月にわたってデータを収集する予定である。これにより研究者らは、素材がさまざまな条件下でどのように反応するかをより正確に把握でき、建設プロセスに必要となるかもしれない調整に役立てることができる。今冬収集されるデータは、構造と熱性能、さらに住宅内の気密性と空気質を評価するものとなる。内装の一部には石膏ボードや塗料などの一般的な建築材料を用いて仕上げを行い、その他の部分は未仕上げのままにして、表面や美観上の問題が生じるかどうかを確認している。メイン州のこの地域では冬季に気温が華氏零度を下回ることが多く、この住宅は寒さと雪に十分に耐える必要がある。
他の試験住宅も今後建設される予定である。ダガー氏によると、先端構造・複合材料センターは、生産規模を拡大する方法を検討するための新たな研究工場を開発するため、すでに8,000万ドルを調達している。この工場では3Dプリンティング機械により、1時間あたり最大500ポンドの素材を押し出す計画である。ダガー氏は、工場は2023年末までに稼働を開始する予定だと述べている。
「我々の目標は48時間ごとに1棟の住宅を生産することです」と同氏は述べる。
