Nature: 気候変動の緩和を実現するために、建築分野で 3D プリントをどのように応用するか?

はじめに: コンクリートやセメントなどの製品は、消費量では水に次いで世界で最も多く使用されている資源の 1 つです。今後数十年にわたり、世界的な人口増加と都市化により、セメント系材料と新規建設の需要は増加し続けるでしょう。現在、セメント生産は世界のCO2排出量の約8％を占めています。セメントの生産と建設での使用は、生産から廃棄までのセメントとコンクリートのライフサイクル全体における排出量のそれぞれ 77% と 8% を占めています。セメント製造において、CO2排出量の50%以上は焼成に伴う化学プロセスによって発生します。こうした固有の材料製造プロセスと世界的な需要の高まりにより、セメントは地球規模の気候緩和における「緩和が難しい」問題であると広く考えられています。セメントの低炭素技術は、セメント生産プロセスを中心とした政策と消費者を中心とした政策を通じて実現できます。しかし、これまで提案された解決策はいずれも、建設における 3D プリントの使用を拡大することで達成できる体系的な変化には至っていません。

2023年2月、アンタークティック・ベアは、ワシントンD.C.のジョージタウン大学の研究者らが、工学分野のさまざまな分野に焦点を当てたネイチャー傘下の最初のジャーナルであるコミュニケーションズ・エンジニアリング誌に「3Dプリンティングはセメント部門の気候緩和に未開発の可能性を秘めている」と題するレビュー記事を発表したことを知りました。研究者らは、セメントベースの建物の3Dプリント（C3DP）は、セメントの脱炭素化を促進することで気候変動の解決策となる可能性があると考えており、そのため、C3DPを排出削減ツールに導くことができる5つの政策措置を提案している。

この研究では、研究者らは、C3DPを推進する気候政策目標を達成するために、既存および新興の製造戦略を最適化することを提案しています。研究開発資金は、機械的強度を向上させるための C3DP の研究に引き続き投入されるべきです。著者らが提案する5つの政策は以下のとおりです。

1.研究開発:
●3D プリント構造物の強度、耐久性、長期性能を向上させるために、材料構成と印刷プロトコルに関連する研究への資金提供を継続します。
●低炭素3Dプリントセメントミックスの開発への資金提供を増額します。
● C3DP における材料の使用と廃棄物を削減するための構造設計最適化に関する知識を向上させる研究に資金を提供します。

2.情報発信と人材育成：
● 信頼性の高い材料の製造および印刷プロトコルに関するデータを共有するための、産業界と学界向けのオープンソースデータベースを確立します。
●LCA研究、温室効果ガス、その他の環境指標に関するデータの報告と共有を奨励します。
建設プロジェクトにおける C3DP の信頼性と適用性を高めるために、長期的なパフォーマンステストプログラムを備えたデモンストレーションプロジェクトを委託します。
● 実証プロジェクトで環境アセスメントとLCA調査を実施し、従来の建物と比較したC3DPの環境影響をテストして明らかにします。
● 建設会社に温室効果ガスインベントリを実施し、オープンソースリポジトリでデータを共有するよう奨励します。
● C3DP の材料とプロセスに関する知識を持つ熟練労働者を育成するためのトレーニングプログラムを確立します。
●従業員のスキルを向上させるために、持続可能性と C3DP の環境影響に関するコースをトレーニングプログラムに組み込みます。

3.規格と仕様:
●3Dプリントセメント材料の強度と耐久性を確保するための製造基準を開発します。
●スラグ、フライアッシュ、粘土、ジオポリマーなどの材料を含む低炭素 3D プリントセメント混合物の標準にガイドラインを組み込みます。
●これらの物質に対する排出製品基準の設計を検討してください。建築規制を更新して、安全で再現性があり低コストの 3D プリントのプロトコルを含めます。
● 建築規制に設計の最適化を組み込み、材料のより効率的な使用を促進し、廃棄物を削減します。
印刷可能なセメント材料と印刷プロセスの温室効果ガスインベントリを建築規制に組み込みます。

4.公共調達とパートナーシップ：
● C3DP を採用した公的資金による建築プロジェクトは、この技術の需要と認知度を高めるために政府によって委託されるべきです。
●これらのプロジェクトでは、脱炭素化の取り組みを強化するために、低炭素の 3D プリントセメント混合物と設計の最適化を優先する公共調達ポリシーを策定する必要があります。
● C3DP の利用を増やし、C3DP を採用する建設会社が環境アセスメントを実施し、ライフサイクルインベントリと温室効果ガス排出データを共有することを奨励するために、官民の持続可能性パートナーシップを確立することができます。

5.財政的・構造的インセンティブ：
● セメント生産者が3Dプリントセメント混合物の生産を増やすためのインセンティブには、低炭素製品の生産を奨励するための追加融資と助成金を含める必要があります。
● 建設会社がC3DPを増やすためのインセンティブを提供する規定を設け、C3DPの持続可能性目標（材料の使用や廃棄物の削減など）を持つ会社には追加の割引、税制優遇、迅速な建築許可を与える必要があります。

研究者たちは、こうした政策の早期実施や施行は、世界の炭素排出量にプラスの影響を与えるだけでなく、国家の競争力の向上、建設業界の発展、建築環境の拡大にも大きな影響を与えると考えています。

詳細については、原文をご覧ください。

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