カーボンコンクリートは未来の建築材料か？

ドイツ東部のドレスデン工科大学内の2階建ての建物「CUBE」は、世界初のカーボンコンクリートハウスです。
カーボンコンクリートについて、独シンドラー社の2024年2月の記事をご紹介します。

■カーボンコンクリートは未来の建築材料か？

1804年にコンクリートが初めて生産されました。それ以来、この建築資材は建設分野で中心的な役割を果たしてきました。
ドイツだけでも、毎年約4,700 万立方メートルのコンクリートが使用され、通常は鉄筋と組み合わせて使用されています。

しかし、長期的には、建設業界はより持続可能な建設方法に転換したいと考えています。

コンクリートの生産では、気候に悪影響を与える大量の CO₂ 排出が発生します。
人間が排出する二酸化炭素の最大15パーセントはコンクリート建設に起因しています。
これは、炭素技術が解決策となる可能性があるからです。

■カーボンコンクリートによる持続可能な建設

建設時に、格子状のマット状の繊維をコンクリートに挿入する手法自体は、新しいものではありません。
これは 1990 年代初頭にアーヘン大学とドレスデン大学で作成されました。
広範囲にわたる研究の結果、炭素がこの目的に特に適していることが証明されました。

一体、この建築材料の利点は何でしょうか?

スチールグリッドとは対照的に、カーボンマットは軽量で柔軟性に優れています。
また、高い耐荷重能力も特徴としており、コンクリートの使用量が大幅に削減されます。
用途に応じて、コンクリートを最大 80 パーセント節約できます。

砂や水などの貴重な資源を節約し、次に輸送コストを削減、最終的には建築材料の良好な気候バランスに貢献します。

さらに専門家は、カーボンコンクリートは鉄筋コンクリートの2倍の耐久性があると考えています。

■カーボンコンクリートはどこで使用されているか

現在、カーボンコンクリートは主に壁構造、外装材、ファサードに使用されています。新しい建設では、主に重量を軽減する必要がある場所、たとえば橋梁に使用されます。

もう一つの重要な応用分野はリノベーションです。
たとえばマクデブルク（ドイツ中東部の商工業都市）では、1969年に建てられた指定建造物Hyparschale（注：東ドイツの戦後モダニズムの建物）が、2022年にカーボンマットで改装されました（2024年6月完了）。

ホールの上に4つの帆が浮かんでいるように見える珍しい屋根を備えた、文化遺産に登録されたこの多目的ホールは、カーボンコンクリートを用いることでのみ保存できました。

従来の改修では屋根の重量が非常に増加し、その負荷で屋根が崩壊していた可能性が高いでしょう。

また、炭素は電気伝導性と熱伝導性を備えているため、スマートビルディングの建設にも適しています。

導電性により、コンポーネントの直接誘導充電と加熱、およびデータ転送が可能になります。

たとえば、LED照明やタッチセンサーをコンクリートに直接組み込むことで、さまざまな革新的な設計が可能になります。

■「CUBE」ドレスデンの世界初のカーボンコンクリート住宅

建物全体をカーボンコンクリートで建設することは、決して単なる未来のビジョンではありません。
この建築材料を主に使用した最初の建物がすでに建っているからです。

カーボンコンクリートのアイデアはドレスデン大学などで生まれ、この建築材料のさらなる開発は主にザクセン州の機関や企業によって推進されたため、最初のカーボンコンクリートハウスがドレスデンに建てられたのも不思議ではありません。

「CUBE」は、その名前が示すように、キューブの形と、コンクリートとガラスの前面が特徴の巧みにねじれた屋根で、未来的な外観をしています。

ドレスデンの研究プロジェクト「カーボン・コンクリート・コンポジット）（C³）」の成果で、2022年秋に完成しました。

ドレスデンでは、カーボンコンクリートのさらなる利用がすでに計画されており、2つの持続可能な学校体育館が建設される予定です。

（注釈：C³カーボン・コンクリート・コンポジットはドイツ連邦教育科学研究技術省 の助成金を受けた建築イノベーション実行プロジェクトの一環）

■近い将来、炭素コンクリートのみで建物を建てるようになるのでしょうか?

CUBE の建設は、多くの専門家に期待と希望を与えています。

カーボンコンクリートの使用は、材料の節約と耐久性を考慮すると、実際には環境に優しく、鉄筋コンクリートよりもコスト効率の高い代替手段となります。

カーボンコンクリート建設の障害の 1 つは、現在、カーボンコンクリートの使用方法と場所を規定する許可と建築基準がないことです。

現在、マクデブルク・Hyparschaleの改修工事を含め、あらゆる建設プロジェクトには特別な許可が必要です。

専門家によると、このような建築基準が制定されるまでには10年以上かかる可能性があるが、待つ価値はあるという。より環境に優しい未来への展望が業界のモチベーションとなっています。

C³研究グループは、ある時点で炭素を原油から抽出する必要はなくなり、たとえば、製紙から発生する木材廃棄物である再生可能原料のリグニンから炭素を抽出するようになるとさえ想定しています。
あるいは、CO₂を空気から直接抽出して処理することも考えられます。

しかし、カーボンコンクリートを長期的に利用するには、まだリサイクルの課題が残っています。
炭素はスチールとは異なり磁性をもたないため、従来の方法では炭素とコンクリートを分離する際に限界に達します。
研究者たちは98%の純度で材料を分離することに成功していますが、新たな課題に直面しています。
それは、市場におけるリサイクルカーボンの需要が現時点ではまだ低いということです。

鉄筋コンクリートからカーボンコンクリートへの変化は一夜にして起こるものではありません。

しかし、ドレスデンの研究者たちは自分たちが正しい方向に進んでいると確信しています。