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「二酸化炭素を吸収するコンクリート」で年10億トン削減も? 建築業界が期待、作れば作るほど脱炭素できる夢の材料

サイエンス思考

撮影:三ツ村崇志

私たちの身の周りには、コンクリートで造られたさまざまな建築物があります。

実はいま、建築業界では、建設するほど二酸化炭素(CO2)を吸収してくれる、そんな夢のようなコンクリートを生み出すプロジェクトが進んでいます。

東京大学大学院工学系研究科でコンクリートの研究をしている野口貴文教授らは、2021年に世界で初めて「大気中のCO2と水を原料に、完全リサイクル可能なカーボンニュートラルコンクリート」の開発に成功しました。

私たちはこれまで、地中深くから化石資源を掘り起こし、消費することで、大気中にどんどんCO2を放出してきました。それが結果として、地球温暖化をもたらすことになったわけです。

これから先、再生可能エネルギーの利用や自動車のEV化など、化石資源の消費を抑える対策を進めていけば、大気中に新たに放出されるCO2の量を減らすことはできるでしょう。しかし、すでに掘り起こしてしまったCO2の総量はそう簡単には減らせません。

ですがもし、大気中に増えてしまったCO2を「原料」として、コンクリートなどの物質として「固定」することができたなら……。大気中のCO2を積極的に「減らし」、地球温暖化を抑制する対策として大きな役割を担えるかもしれません。

8月の「サイエンス思考」では、野口教授らが開発している「CO2を原料としたコンクリート」によって開かれる可能性について、話を聞きました。

野口教授の写真

東京大学大学院工学系研究科建築学専攻の野口貴文教授。後ろの窓は、断熱仕様の二重サッシになっていた。これも建物内でのエネルギー消費を抑える工夫の一つだ。

撮影:三ツ村崇志

建設業界に残された脱炭素化のハードル

野口教授によると、「建築業界は1990年代、京都議定書を発行した頃から、地球温暖化対策についてはかなり前向きに取り組んできました」といいます。

というのも、建築物は、地球温暖化の要因とされているCO2の排出量に大きく関係しているからです。例えば日本の場合、CO2排出量の3割超が、建築物や住宅に関連したエネルギーの消費などによるものです(国交省資料参照)。

さらに野口教授は、「(建築・住宅関連のCO2排出量のうち)3分の2ぐらいが、実は建築物を建てた後に消費されているエネルギーなんです」と話します。

建てた後に消費されるエネルギーとはつまり、建築物の中で「生活する上で消費されるエネルギー」です。そのため日本では、建築基準法における「省エネ基準」の水準が徐々に高められてきました。

照明やエアコンなどの電化製品の省エネはもちろん、窓の断熱性能など、小さな積み重ねによってエネルギーの消費を抑えようというわけです。

また、2000年代になるとNet Zero Energy Building(ZEB)やNet Zero Energy House(ZEH)といった建築物の考え方も浸透してきました。これは、省エネなどによって消費するエネルギーを抑えつつ、さらに再生可能エネルギーを活用する建築物を作ることで、建築物全体での消費電力の収支をゼロにするような考え方です。

ただそれでも、建築物に関係して排出される残り3分の1は残ります。

この「残り」のCO2は、主に建築物を建設する際に生じるものです。総量にして、日本のCO2排出量全体(約11億トン)の約10分の1にあたります。

この最後に残ったCO2をどう減らすか。建設業界はいま、この課題に向き合っているのです。

二酸化炭素を吸収するコンクリート

高速道路を支える支柱の写真

高速道路は、コンクリートで造られている建造物だ(画像はイメージです)。

Getty Images/Thiago Montoto

「建築物を造るときに生じるCO2のほとんどは、『鉄』と『コンクリート』由来です」(野口教授)

野口教授によると、コンクリート由来のCO2の8〜9割が、コンクリートの材料となるセメントの製造にかかる部分だといいます。セメント協会によると、日本の産業界が1年間に排出するCO2のうち、セメント産業から排出されているのは約5%です。

セメントを作る際には、原料となる炭酸カルシウム(CaCO3)と粘土を混ぜ合わせて、1450度という高温にする必要があります。この高温を作り出すには、化石燃料を消費せざるを得ません。

また、炭酸カルシウムは、加熱されるとCO2を放出します。

コンクリートを作るためにはセメントが必要ですが、セメントを作るにはどうしてもCO2を排出してしまう——。

コンクリートを使う以上、CO2を一定量排出することからは逃れられないようにも思います。

ただ、野口教授によると、実はいま、コンクリートの「ある性質」が注目されているといいます。

「(コンクリートを)放っておくと、中に含まれたカルシウムが大気中のCO2と徐々に反応して、(炭酸カルシウムの)塊を作るんです」

2021年度には、日本国内だけでもセメントは5500万トン、そこから作られる生コンクリートは約7600万立方メートル(約1億8000万トン)が生産されています。

日々生産されるこの大量のコンクリートに、CO2を吸収させる機能を持たせようという研究開発が進んでいるのです。

リサイクルで省資源、二酸化炭素も吸収

コンクリートの建物をショベルカーで壊している写真

コンクリートを作る上では、既存のコンクリートのリサイクルも重要となる(画像はイメージです)。

Shutterstock.com/darezare

野口教授はもともと、コンクリートの原料になる「石灰石」や「砂利」の資源が将来的に不足するのではないかという課題意識から、コンクリートの「リサイクル」に関する研究を進めていたといいます。

「すでに一度コンクリートになったものをリサイクルしてセメントの原料にする場合、加工するためのエネルギーこそ必要になりますが、石灰石の分解によって生じるCO2は出なくなります。これはCO2の排出削減にもなるだろうと」(野口教授)

加えて、2020年には、内閣府が「ムーンショット型研究開発プロジェクト」の募集を開始しました。その中に、「CO2を回収して利用すること」に焦点を当てた研究プロジェクトの募集があったのです。

野口教授と丸山教授の写真

野口教授と、「C4S研究開発プロジェクト」で共同研究している東京大学大学院工学系研究科の丸山一平教授(右)。

撮影:三ツ村崇志

「CO2は大気中に分散して濃度も低い。それを回収して利用することが将来的には非常に重要になります。そこに、これまで研究してきたものが生かせるのではないかと思ったんです」(野口教授)

こうして野口教授らは、北海道大学や東京理科大学などの大学や、清水建設、太平洋セメントといった民間企業とともに、NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)のムーンショット型研究開発事業「C4S研究開発プロジェクト」を立ち上げます。

その中で考案されたのが、コンクリートに含まれる「カルシウム」に大気中のCO2を吸収させた上でリサイクルする、「炭酸カルシウムコンクリート」(CCC:Calcium Carbonate Concrete)でした。

世界では、陸上の植物や海の生態系によるCO2の吸収が、それぞれ少なくとも年間で数十億トン規模になると考えられています。

一方、世界では毎年約40億トンものセメントが生産されています。これと同じ量(40億トン)のセメントが廃棄物となった場合、そこに含まれるカルシウム(正確には酸化カルシウム:CaO)の量から、最大で約20億トンのCO2を吸収(固定)できる計算になるといいます。

仮にCO2を50%程度しか吸収できなかったとしても、コンクリートの生産量とコンクリートのリサイクルがバランスして、新たに製造するコンクリート全てにCO2を吸収する機能を付与できた場合、年間で約10億トンほどのCO2を吸収できてもおかしくはないのではないかといいます。

二酸化炭素を吸収するコンクリートの正体

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