コンクリートが環境に優しく：ウィスコンシン大学とマイクロソフトが海藻を使って新しい炭素固定セメントを開発
リサ・スティフラー著
研究者たちは、持続可能で栽培しやすい緑の海藻をセメントを作る工業用生地に混ぜることで、コンクリートの強度を低下させることなく炭素をコンクリートに閉じ込める新しい解決策を開発した。
ワシントン大学とマイクロソフト研究所の科学者たちは、機械学習を使って実験を迅速化し、セメントの地球温暖化への影響を21％削減する解決策を考案した。
彼らの研究成果は、材料科学に特化した科学誌『Matter 』に本日オンラインで掲載される。
この研究は、ワシントン大学の材料科学・工学助教授であるエレフテリア・ルーメリ氏と、マイクロソフトリサーチの主任研究員であるクリステン・セバーソン氏が主導しました。ルーメリ氏は以前、自然界でバナナの皮と同じくらい速く生分解する藻類由来のプラスチックを開発しています。
科学者たちは、世界の二酸化炭素排出量の8～11%を占めるコンクリートに着目しました。コンクリートの主要成分であるセメントは、その気候負荷のほぼ全てを占めています。
セメントの製造に必要な熱を生成するためにクリーンエネルギーを使用したり、セメントを結合するためにフライアッシュや炉スラグなどの産業廃棄物などの異なる原料を使用したりすることで、コンクリートの二酸化炭素排出量を抑制しようとする取り組みが世界中で行われています。
ルーメリ氏とセバーソン氏は、光合成中に空気中の炭素を吸収して閉じ込める海藻に注目しました。他の研究者もより小さな藻類の使用を試みましたが、アオサと呼ばれる大型藻類を材料として選んだのは、彼らが初めてでした。アオサはより強固な細胞構造を持ち、セメントの強化に役立つと考えたからです。
科学者たちは海藻をセメントに混ぜる前に乾燥させ、これまでの実証よりもはるかに高い量の海藻をセメントに使用することに成功した。
この新しい戦略は「従来のアプローチから大きく飛躍したものだ」とルーメリ氏は語った。
低炭素セメントの開発における難しさの一つは、建物、橋梁、その他のインフラ建設に使用できる強度を確保するのに必要な時間です。コンクリートは時間の経過とともに強度が増すため、研究者は通常、28日後に材料を試験します。
このプロセスを加速するため、科学者たちは、サンプルが4週間でどれだけ強くなるかを予測できる機械学習モデルを開発しました。これにより、成果の低い戦略をプロセスの早い段階で放棄することが可能になりました。このアプローチにより、実験期間は112日間短縮されました。
「この研究は、重要な性能要件を満たしながら、実現可能な実験リソースを使用して持続可能なセメントの設計を加速する可能性を秘めた枠組みを確立する」と著者らは書いている。
ルーメリ氏はGeekWireに対し、次のステップは、研究で使用した海藻の代わりに地元産の材料を使ったグリーンセメント混合物を迅速に開発したいと考えている他の研究者を導くための「設計ルール」を起草することだと語った。
論文の他の著者は、ルメリ研究室でそれぞれ大学院生とポスドクとして研究を行ったメン・イェン・リン氏とポール・グランジョージ氏です。論文のタイトルは「藻類バイオマターを組み込んだ持続可能なセメントの高速設計のための機械学習を用いた閉ループ最適化」です。
