海藻粉末を使用した新低炭素セメント、強度を維持しつつCO2排出量21%削減へ

海藻の粉末を使用したセメントがコンクリートの炭素排出量を低減 写真：右のペトリ皿に海藻ウルバ、中央が乾燥後、左が粉末状に加工された様子。比色管内には新しい混合セメントが盛られている。中でも、暗い色のセメント立方体（中央上）は重量比5%の海藻が含まれている。（提供：Mark Stone/University of Washington） 現代社会はコンクリートによって築かれています。毎年、人間が最も多く使用する材料の一つがコンクリートで、水以外では最も多い用量を使っています。しかし、その主要成分であるセメントは、世界全体の二酸化炭素排出量の10%を占める大きな環境問題を引き起こしています。 この課題に対処するため、ワシントン大学とマイクロソフトの研究チームは、乾燥・粉末化した海藻をセメントに混ぜて新しい低炭素コンクリートを開発しました。海藻を使用したセメントは、温暖化ポテンシャルが21%低下し、強度も保たれています。機械学習モデルの活用により、従来には数年かかるような研究プロセスを大幅に短縮しました。 「セメントは至るところに存在し、現代のインフラストラクチャの基盤となっていますが、大きな気候コストを伴っています」と、主筆者のワシントン大学材料科学・工学准教授エレフティリア・ルメリ氏は述べています。「当社の研究が興奮を誘うのは、緑色の海藻这样一豊富な光合成資源が、高価な処理や性能の犠牲なしでの排出量削減に貢献できることを示していることです。」 1kgのセメントを生産すると約1kgのCO2が排出されますが、これは化石燃料による加熱や生産プロセス中のカルシナーゼ反応によるものです。海藻は炭素吸収源であり、成長過程で空中の炭素を取り込んで保存します。コンクリートの一部に直接海藻を混ぜることで、大幅に炭素フットプリントを縮小することが可能です。 理想的な混合比率を見つけ出すためには通常5年ほどの試行錯誤が必要でしたが、ルメリ氏によると、コンクリートサンプルが完全に硬化するまでに約1か月かかるのが理由です。研究チームは、機械学習モデルを構築し、24種類のセメント試料のデータで訓練を行いました。その後、モデルを使用して実験でテストすべき最適な混合比を予測し、実験結果をモデルにフィードバックすることで、迅速に最適な配合を見出しました。わずか28日間で、圧縮強度試験をクリアした炭素排出量が少ない海藻混入セメントの最適な配合を見つけられたという成果を得ています。 「新しい材料をセメントに導入する際、機械学習が非常に重要でした。特に当プロジェクトでは、従来の試行錯誤に比べて極めて短い時間で最適な配合を見つけることができました」とルメリ氏は述べています。 今後、研究チームは海藻の composition （成分）や structure （構造）がセメントの性能にどのように影響を与えるかをさらに理解し、さまざまな種類の藻類や食品廃棄物を使用したローカルかつ持続可能なセメントの代替品の開発を進めます。機械学習を活用することにより、これらの製品の最適化を迅速に行います。 ルメリ氏は次のように締めくくっています。「自然素材と現代のデータ分析ツールを組み合わせることで、製造を地元化し、排出量を削減し、より早く持続可能なインフラストラクチャへと進むことができます。これは、新たな持続可能な建設材料へのエキサイティングな第一歩です。」