ETHチューリッヒの研究者らは、リサイクル可能な鉱物発泡材で作られた3Dプリント型枠部材を使って、プレキャストコンクリート床版を製作した。
エンジニアらによると、この床版は材料使用量を70％削減しながら、軽量化と断熱性の向上を実現している。
広く導入されれば、建築家らは、建設業、特に世界最大の単独CO2排出源であるセメントのカーボンフットプリント削減に役立つ可能性があると考えている。
研究者らはETHチューリッヒで3Dプリントされたリサイクル可能な鉱物発泡材製の型枠部材を使い、プレキャストコンクリート床版を製作した。研究者らによると、材料使用量を70％削減しながら軽量化と断熱性の向上を実現している。
「FoamWork」と呼ばれるこのシステムでは、従来型の長方形の型枠に形や大きさの異なる鉱物製型枠部材24個を配置し、その周囲にコンクリートを流し込んで硬化させる。これにより、パネル全体に中空セルが形成される。
こうして得られる内部形状は、主応力線に沿って床版を補強するよう最適化されており、必要な強度を確保しながら、製造に必要なコンクリート量を大幅に削減する。
広く導入されれば、建築家のパトリック・ベダーフは、建設業、特にセメントのカーボンフットプリント削減に役立つ可能性があると考えている。セメントは世界最大の単独CO2排出源だ。
「建設業はCO2排出に大きく寄与しており、セメント生産だけで世界の排出量の7％を占めています」と語るベダーフは、デジタル・ビルディング・テクノロジーズ部門（DBT）の研究者で、ETHチューリッヒに所属している。
「FoamWorkを使えば、コンクリート床版における材料消費由来の排出量を削減できます。質量が小さくなることで、建物全体の荷重支持構造の寸法設計にも副次的な効果があり、建設現場への輸送や取り扱いにかかる労力も減らせます。」
型枠部材自体は、自律型ロボットアームを使って鉱物発泡材から3Dプリントされる。鉱物発泡材は従来、セメントを発泡させて作られ、その高い多孔性から、建設分野で断熱材としての利用が広がっている。
セメント生産に伴う排出を避けるため、FoamWorkシステムはスイスのスタートアップ企業FenXが開発した代替材を利用している。この材料は、石炭火力発電所から出る廃棄物であるフライアッシュで作られている。
同社によると、この素材は石炭燃焼に伴う排出を考慮しても、発泡材のカーボンフットプリント削減に役立つ。
完成したFoamWork部材は、プレキャストコンクリート床版の断熱性を高めるために残すか、リサイクルして再プリントし、新たな型枠を作ることができる。
積層造形の工程では端材が発生しないため、システム全体として廃棄物ゼロを実現できる可能性がある。
「現在、特注形状の型枠は製造時の廃棄物が非常に多く、あるいは実現そのものが困難です」と、ベダーフはDezeenに語った。
「大型の規格床版では中空プラスチック型枠を使ってコンクリート量を減らせます。一方、小規模で規格外の用途では、複雑なコンクリート型枠を木材で手作業で組み立てるか、高密度のプラスチック発泡材からCNC加工で切り出します」と彼は付け加えた。
「どちらの方法も労力がかかり、削りかすや端材によって多くの材料が無駄になります。」
コンクリートパネルの内部形状は、その形に合わせて最適化されており、その着想は、イタリアの建築家ピエル・ルイジ・ネルヴィが1940年代に開発した床版が主応力線に沿ってリブを設けていたことにある。
ただし、内部セルの形状や配置をカスタマイズすれば、壁から屋根全体まで、さまざまなコンクリート製建築部材を作ることができる。
大きなカーボンフットプリントへの対策として、世界セメント・コンクリート協会は最近、2050年までに温室効果ガス排出実質ゼロを達成すると表明した。
これを実現するため、業界ではセメントで最も炭素集約度の高い原料であるクリンカーの代替品を探すとともに、クリンカーの生産工程で発生する排出を除去する炭素回収技術の活用にも取り組んでいる。
現在の工程では、炭酸カルシウムを高温で焼成し、セメント製造に必要なカルシウムを炭素から分離する。炭素は大気中に放出される。
こうしたイノベーションが広く導入されるまでは、建築家が材料と建設に由来する建物のエンボディド・カーボンフットプリントを抑える最も簡単な方法は、コンクリートや鉄鋼など炭素集約度の高い材料をより節約し、効率的に使うことだ。
ケンブリッジ大学の工学教授であるジュリアン・オールウッドによると、現在、英国では過剰設計の建物が多数ある。
「鉄鋼の利用について多くの研究を行ってきました」と、彼はRIBAが最近開催した建築環境サミットで語った。「その結果、英国の商業ビルの大半は、最大で50～60％も過剰設計されていることが分かりました。」
「建設分野の排出量を今すぐ減らすには、材料効率を高めることが重要です。材料にはエンボディド排出があるため、使用量を減らすのです。」
