チューリッヒ工科大学、建物でのコンクリートの使用を削減する FoamWork を開発

チューリッヒ工科大学の研究者らは、リサイクル可能なミネラルフォームから作られた3Dプリント型枠要素を使用して、プレキャストコンクリートスラブを作成した。これにより、材料の使用量が70パーセント削減されながら、軽量で断熱性が向上したとしている。

FoamWork として知られるこのシステムは、従来の長方形の型枠にさまざまな形やサイズの 24 個の鉱物型枠要素を充填した後、その周囲にコンクリートを流し込んで硬化させ、パネル全体に中空セルを作成します。

得られた内部形状は、主応力線に沿ってスラブを強化するように最適化され、必要な強度を生み出しながら、製造に必要なコンクリートの量を大幅に削減しました。

建築家のパトリック・ベダーフ氏は、これが大規模に導入されれば、特に世界最大の単独二酸化炭素排出国である建設とセメントの二酸化炭素排出量の削減に役立つ可能性があると考えている。

チューリッヒ工科大学デジタル建築技術（DBT）部門の研究員であるベダルフ氏は、「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％を占めている」と述べた。

「FoamWork を使用すると、コンクリート スラブ内の材料消費による排出が削減されます。質量が減ることで、耐荷重構造全体の寸法にも二次的な影響があり、建設現場での輸送や取り扱いの労力も軽減されます。」

型枠要素自体は、鉱物発泡体を使用して自律型ロボット アームによって 3D プリントされます。ミネラル発泡体は、伝統的にセメントを発泡させることによって作られており、その高い気孔率により建築における断熱材として使用されることが増えています。

セメント生産に伴う排出を回避するために、FoamWork システムはスイスの新興企業 FenX が開発したフライアッシュと呼ばれる石炭火力発電所からの廃棄物から作られる代替手段を利用しています。

これにより、石炭の燃焼に伴う排出量を考慮した場合でも、フォームの二酸化炭素排出量を最小限に抑えることができると同社は主張しています。

最終的な FoamWork 要素は、プレキャスト コンクリート スラブの断熱性を向上させるために所定の位置に残すことも、リサイクルして再印刷して新しい型枠を作成することもできます。

積層造形プロセスで端材が発生しないことを考慮すると、システム全体が廃棄物ゼロになる可能性があることを意味します。

「現在、カスタム型枠の形状は製造が非常に無駄であるか、単に実現不可能です」と Bedarf 氏は Dezeen に語った。

「中空プラスチック型枠は、大型の標準化されたスラブのコンクリートを縮小するために使用できます。また、小型の非標準用途では、コンクリート用の複雑な型枠を木材で手作業で構築するか、高密度プラスチック発泡体から CNC 切断して作成します。」と同氏は付け加えました。

「どちらのアプローチも労働集約的であり、欠け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、イタリアの建築家ピエール ルイジ ネルヴィが 1940 年代に主応力線に沿ってリブを付けた床スラブを開発した方法に基づいて、特定の形状に合わせて最適化されました。

しかし、内部セルの形状と構成をカスタマイズして、壁から屋根全体に至るまでのさまざまなコンクリート建築要素を作成することもできます。

膨大な二酸化炭素排出量に取り組むため、世界セメントコンクリート協会は最近、2050 年までに実質ゼロ排出を達成することを約束しました。

これを達成するために、業界は、炭素回収技術を利用してクリンカーの製造プロセスで発生する排出物を除去するだけでなく、セメントの最も炭素集約的な成分であるクリンカーの代替品を見つけることに取り組んでいます。

現在、炭酸カルシウムを高温で燃焼させて、セメントの製造に必要なカルシウムを炭素から分離し、炭素が大気中に放出されます。

このようなイノベーションが大規模に導入されるまでは、建築家が材料や構造から建物に具体化された二酸化炭素排出量を最小限に抑える最も簡単な方法は、コンクリートや鉄鋼などの高炭素材料をより控えめかつ効率的に使用することです。