それは素晴らしいアイデアだった。周辺の建物がすべて取り壊された後、近隣の解体現場から採取した石材を使い、ローザンヌ中心部にあるゴシック様式のノートルダム大聖堂を改修してはどうか、という発想である。結局のところ、この教会は当初、現在では都市の地下に埋もれている地元の石材で建てられていたのだ。「今回の再開発によって、この資源は少なくとも短期間ではあるが、再び利用できるようになった」と語るのは、ギヨーム・アバート（Guillaume Habert）氏で、 ETHチューリッヒ（ETH Zurich）の持続可能な建設分野の教授。博士課程の学生は、アバート氏と、このアイデアの発案者であるジュネーブ工科大学の建築学教授（Geneva Institute of Technology, Architecture and Landscape〔hepia〕）との共同指導のもとで、地域資源の不足を実証した。しかし残念ながら、計画はここで頓挫した。アバート氏は説明する。「プロジェクトを実現するには時間が足りなかったのです。」すべての詳細が詰められた時点では、石材はすでに掘削機によって砕かれており、破片は小さすぎて使い物にならなかった。それでもアバート氏は希望を捨てていない。「少なくとも今回の取り組みは警鐘となりました。次は、ローザンヌでも他の都市でも、成功するかもしれません。」
アバート氏は、特に資材需要の大きい都市環境において、地域資源の活用を強く提唱している。よく直面する問題の一つは、資源の入手可能性である。ほとんどの都市は、建設に十分すぎるほどの石材を供給しうる岩層の上に成り立っているが、誰も自宅の裏庭に採石場を作りたいとは思わない。そのため石材は、需要地から遠く離れた採石場から調達されている。その結果、石材は長距離を高いコストで運ばれ、環境面への配慮もほとんどないまま輸送されることになる。アバート氏の見解では、建設業界にとっての主要な問題は資源の不足ではなく、資源の配分にある。
都市開発にとって最も関心の高い地域資源の一つは、再生コンクリートである。その原料であるジャリ、砂、セメントは、古い建物の解体時に一部を回収して再利用できるからだ。このプロセスの第一段階は、回収したコンクリートを砕くことである。その粗い画分には、新しいコンクリートの製造に使える砂利と砂が含まれている。残った粉の大部分はセメントで、もともとの製造過程で水と接触して硬化したものである。「セメントの再生はより複雑なプロセスですが、極めて重要です」とアバート氏は強調する。というのも、セメントの製造過程では大量の二酸化炭素（CO2）が排出されるからだ。その一部は、主原料である石灰石と粘土を1,500℃に加熱することで生じ、また一部は石灰石の脱炭酸によって生じる。後者の工程だけで、セメント1トン当たり少なくとも半トンのCO2が放出される。再生原料をセメント工場で再利用する場合、元の形状を取り戻すために高温で再加熱する必要がある。ただしこの工程では、加熱に気候中立的なエネルギー源を用いることを前提に、追加のCO2は放出されない。
セメントを減らせば、CO2排出も減る
セメントはコンクリートにとって理想的な結合材である。水と混ぜると、砂利と砂を結合させる。その一環として、 「エネルギー転換」国家研究プログラム（NFP 70） において、アバート氏が 「低エネルギー・コンクリート」共同プロジェクトを率いている。ETHの他の科学者や、EPFLおよびEmpaの研究グループも、この共同プロジェクトに参加している。その目的は、従来のコンクリートよりセメントの含有量が少なくても、同じ特性を持つ製品を開発することである。コンクリートメーカーはすでに、石炭や鉄鋼などの産業から出る廃棄物を使って、コンクリート中のセメントの一部を置き換えている。これらの廃棄物は理想的な特性を持つが、それを生み出した業界では再利用やリサイクルができない。現在では、市販のコンクリート製品のセメントの30％以上を、これらの廃棄物が置き換えている。
研究者らは、最終製品の機械的強度を損なうことなく、廃棄物の含有量を倍増させたいと考えている。その最終製品は依然として30メガパスカルの力に耐えなければならない。「そうすれば、建物は現在と同じ寸法を保ちながら、CO2バランスを大幅に改善できる」とアバート氏は語る。チームは現在、セメント含有量を減らした新しいコンクリートの特性を明らかにし、さらに最適化する作業を進めている。
研究者たちが繰り返し直面している課題の一つは、低セメント・コンクリートと、建設時にコンクリートに埋め込まれる鉄筋（rebar）などの他の材料との相互作用をどう管理するかである。コンクリートに純粋なセメントが少なすぎると、鉄筋は非常に速く錆びてしまう。「このような鉄筋コンクリート構造物は耐久性が低くなるが、それは明らかに私たちが求めている結果ではない」とアバート氏は強調する。
そのため研究者たちは、新しいコンクリートの最適化だけでなく、鉄筋の代替材料の開発にも取り組んでいる。炭素繊維強化ポリマーや合成繊維など、錆びない代替材料を見つけるため、協力して研究を進めている。「私のこの研究における役割は、これらの材料の環境影響を評価することです」とアバート氏は語る。彼はさまざまな技術のCO2バランスを分析し、このバランスを最適化する方法を探っている。
ヘンガーベルク・キャンパスにある新たな解決策の一つが、 House of Natural Ressourcesであり、アンドレア・フランギ（Andrea Frangi）氏が主導するプロジェクトの一環として今夏に落成した。これは事務所棟であるとともに、持続可能な建設のための研究室でもある。その建設に用いられたコンクリートスラブは、一般的な鋼材の代わりに木材で補強されている。「コンクリートと木材は理想的な組み合わせだ」とアバート氏は語り、「腐食のリスクがまったくないからだ」と続ける。
根本的なアプローチ
アバート氏が追求するもう一つのアプローチは、はるかに根本的な転換である。セメントの代わりに粘土を使ったコンクリートだ。粘土は高温で加熱されず、そのため化学反応を引き起こさないことから、はるかに環境に優しい建材である。しかしこれには欠点もある。粘土ベースのコンクリートの機械的強度は3メガパスカルしかなく、従来のセメント系コンクリートの約10分の1である。「その結果、このタイプのコンクリートは同じ用途には使えない」とアバート氏は語る。一つの解決策として、セメントを使わないコンクリートの用途を非耐力壁に限定することが考えられる。これだけでも、建設に使われるセメントの量を大幅に減らせる可能性がある。
素材そのものの最適化に加え、アバート氏の研究グループのもう一つの優先課題は、建設現場での施工方法を改善することである。新しいコンクリートを型枠に流し込んだ後、硬化する過程でひび割れがよく生じる。この問題を解決するため、研究者らは粘土の表面特性を化学的に改質する方法を検討している。目標は、従来品と同様に3時間にわたって施工可能な状態を保つ、セメントを使わないコンクリートを製造することである。試験中のセメントフリーコンクリートは30分で硬化するため、輸送や施工に十分な時間が残らない。水が浸透する特殊な多孔質型枠も、助けになる可能性がある。
とはいえアバート氏は、新しい建材は従来の建設業界の慣行を乱すことなく使えて初めて市場に受け入れられることを十分に理解している。「環境に配慮した建設に、より多くの費用を払おうとする人はごくわずかです」とアバート氏は語る。
次世代
学生に知識を伝える狙いから、アバート氏は今年6月、「Grounded Materials」をテーマとするサマースクールを、グルノーブル国立建築学校（Ensag）および ETH環境システム科学学部トランスディシプリナリティ・ラボ（TdLab）と協力して開催した。ETHの学生たちは、チューリッヒ周辺の建設業界において、環境に配慮した地元産の資材の利用をどのように促進できるかを検討した。建築、材料、環境システム科学、土木・環境・測地工学の各学科の学生が2週間かけて、地元建材のより広範な利用を妨げる障壁を特定した。その知見をもとに、学生たちはこうした資材を関係者にとって魅力的にする戦略を立案した。これらの戦略は、コンクリートの機械的強度やCO2排出量といった技術的特性よりも、社会学、経済学、コミュニケーションの分野から得た側面に重点を置いていた。
アバート氏は、若い世代にこうした問題への関心を高められたことを大変喜んでいる。「地質学者としての私の反射的な考え方は、資源を、特定の場所に一定の量だけ存在する物理的なものとしてとらえることです」と彼は説明する。「しかし、自然環境と人間社会が接するところではどこでも、物事はより面白くなり始めます。」その資源はどのように利用できるのか。どこにあり、どこで必要とされているのか。誰がその使い方を知っているのか。コストはいくらか。今年のサマースクールの後、アバート氏の学生たちは、これらが重要な問いであることも理解している。
本記事は、 ETHチューリッヒ（ETH Zurich）との協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムの見解への支持を意味するものではありません。
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執筆者：コリンヌ・ホーデルは、チューリッヒ大学動物学研究所の生物学者です。
画像：カタール財団付近で稼働する建設用クレーンとブルドーザー。REUTERS/Mohammed Dabbous。
