コンクリートは地球にとって有害。賢い化学が助けになる

今、どんな規模の都市にいても、窓の外を見てみてください。目に映るもののほとんどは、私たちの世界を支配する単一の素材、コンクリートでできています。地球上のほぼすべてのオフィスビル、ショッピングモール、高速道路、空港の大部分はコンクリートでできています。私たちは毎年何百億トンものコンクリートを生産しており、これは赤道の周りに高さ30メートルの壁を建設できる量です。そして、中国、ナイジェリア、その他の急成長国で都市が急速に増え続けるにつれ、その生産量は今後確実に増加するでしょう。コンクリートは素晴らしく便利ですが、莫大なコストがかかります。コンクリート製造産業は、年間の二酸化炭素排出量の約8%を排出しているのです。

正確に言うと、問題はセメントの製造、つまり砂と砂利を結びつけてコンクリートを作る接着剤の製造にあります。というか、2つの問題があります。セメントを作るには、石灰石などの鉱物を窯に入れ、最高華氏1,200度で焼きます。問題1：これらの窯の熱は通常、石炭などの化石燃料を燃焼させることで発生します。問題2：最終的にセメントと呼ばれる灰色の微細な粉末を生み出す化学反応の過程で、副産物として二酸化炭素ガスが発生し、それが大気中に放出されます。

排出量は積み重なっていく。もしセメント産業を一つの国に例えれば、中国と米国に次いで世界第3位の温室効果ガス排出国となる。世界中の研究者や起業家がよりクリーンなコンクリートを作るプロジェクトに取り組んでいるのも当然だ。最も有望視されているのは、コンクリート製造プロセスの問題をより軽減するだけでなく、解決策の一部にすることに注力している少数の企業だ。

現在、業界をリードしているのは、CarbonCure Technologiesという企業だ。同社は、コンクリートの海の化学組成を、わずかながらも大きく変えることを目指している。本社は、カナダの大西洋岸に突き出た小さな街、ハリファックス郊外の質素な工業団地内にある、アルミ張りの2階建ての建物にある。ハリファックスは、東部標準時より1時間東の時間帯に位置し、従業員はスクールバス1台分ほどだ。その舵を取るのは、細身で人当たりの良い42歳のエンジニア、ロバート・ニーヴンだ。

ニーヴンは、雄大な森と岩だらけのビーチが遊び場となるバンクーバー島で育った。大学から帰省した夏には、ブリティッシュコロンビア州の奥地北部の森で消防士として働き、できる限りロッククライミングとホワイトウォーターカヤックに時間を費やした。2000年代半ば、モントリオールのマギル大学で土木工学を学んでいた彼は、コンクリート製造に炭素を利用することで、従来のセメントの一部を代替できる可能性を探る研究プログラムに携わった。この概念自体は新しいものではなかったが、大規模かつ効果的に実現する方法を誰も見つけていなかった。ニーヴンは化学者の視点からこの問題を考察し、原子レベルでそれがどのように機能するかを詳細に研究した。

卒業の1年前、ニーヴンはモントリオールで開催された気候変動に関する国連会議に参加した。街に押し寄せた1万人の参加者のエネルギーに圧倒されたという。しかし、彼の心に深く響いたのは、太平洋の小さな島国ツバルの代表によるスピーチだった。「彼は『海面上昇のせいで、私たちは歴史、家、生活、そして祖先を失いつつある』と、非常に感情的な訴えで助けを求めたのです」とニーヴンは語る。突然、自分の仕事が単なる数学の問題以上の何かに思えてきた。

2年後、ニーヴンは当時の恋人、今の妻と暮らすためハリファックスに引っ越しました。彼女の父親は、太陽光発電の船舶用照明といったニッチな環境プロジェクトに強い関心を持つ成功した起業家で、ニーヴンのアイデアをビジネスにつなげる方法を模索していました。そのアドバイスと、将来の義父から得た少額の資金、そして残った学生ローン1万ドルを元手に、ニーヴンは2007年にCarbonCureを設立しました。そのコンセプトは、コンクリート製造に使われるセメントの一部を二酸化炭素に置き換えるシステムを開発し、排出量の削減と二酸化炭素隔離の両方を実現することでした。言うまでもなく、コスト削減にもつながります。

ニーヴン氏と彼のチームは最終的に、アンモニアやエタノール工場などから回収された液化二酸化炭素を、コンクリートの練り混ぜ中に注入するプロセスを開発しました。二酸化炭素_はセメント_やその他の混合物の成分と化学反応を起こし、固体の炭酸カルシウムへと再鉱化します。炭酸カルシウムは他の成分の結合を助け、コンクリートの圧縮強度を高め、本来必要なセメントの一部を代替します。そして、たとえコンクリートが最終的に粉砕されたとしても、その二酸化炭素は地中に固定された固体のまま残ります。

同社は、プロセス全体を現場で実行できる驚くほどシンプルなシステムを開発した。二酸化炭素の入ったタンクから、バルブ、回路、遠隔測定装置を詰め込んだ寮の冷蔵庫ほどの大きさの金属製の箱2つに二酸化炭素が送り込まれる。この箱はホースへの二酸化炭素の流量を調整し、ホースはそれをミキシングドラムに噴射する（この箱はすべて、ハリファックス本社でジーンズとTシャツを着た数人の男たちが作っている）。難しいのは、さまざまな混合物に最適な二酸化炭素量を見つけることだ_。カナダ北部の空港の滑走路に必要なコンクリートの強度、重量、外観は、南カリフォルニアのオフィスビルの壁に必要なものとは必ずしも同じではない。ハリファックス本社では、CarbonCureの技術者たちが、現場で稼働しているすべての機械の動作を追跡する壁一面のモニターに目を光らせている。例えば、ジョージア州の現場でバルブが詰まったり、シンガポールでタンクの残量が少なくなったりすると、このモニターから技術者たちが知ることができる。

システムのシンプルさは、CarbonCureの最大のセールスポイントの一つだ。顧客であるコンクリートメーカーは、建設現場での混合や打設作業にほとんど変更を加える必要がなく、少しのハードウェアを追加するだけで済む。「システム全体は木箱に収まります」とニーヴンは言う。「設置には1日しかかからず、世界中のどのコンクリート工場にも普遍的に適用できます。」CarbonCureは、顧客と他の汚染製造プロセスから回収されたCO2のサプライヤーをつなぐ役割も担っている。（同社の目標は、将来的にはセメント工場自体からCO2を回収することだ。）

カーボンキュアの技術は長年にわたり着実に進歩し、その知名度も高まってきた。2018年には、炭素を商品化する企業に贈られる賞金2000万ドルのXプライズの最終候補10社に選ばれた（コンテストの優勝者は今秋発表される）。同年、同社はビル・ゲイツをはじめとするテック界の巨人たちが支援する、炭素削減投資に特化した10億ドル規模のファンド、ブレイクスルー・エナジー・ベンチャーズから、かなりの額の（ニーヴン氏は具体的な額は明かさなかった）投資を受けた。資金は確かに役立つが、ニーヴン氏によれば、その承認の証の方がおそらくもっと価値があるという。「投資コミュニティ全体にとって、あのグループが『これは審査済みの勝者だ』と言ってくれたことは、本当に大きな意味を持つのです」とニーヴン氏は言う。

カーボンキュア社によると、現在、北米およびシンガポールの200社以上のコンクリート製造業者が同社のシステムを使用しているとのことです。LinkedInのシリコンバレーキャンパスの新ビル、ハワイの道路、アトランタの水族館の展示など、あらゆる場所でカーボンキュア処理されたコンクリートが使用されています。同社によると、同社の技術は400万立方ヤード以上のCO2回収コンクリートの製造に使用され_、約6万4000トンのCO2排出量を削減しました。

しかし、全体的に見ると、CarbonCureの影響はまだかなり小さいです。いくつかのケースでは、セメント使用量を20%削減できたお客様もいますが、平均は5%程度です。

最も良いニュースは、CarbonCureの競合相手が増えていることだろう。その中には、XPrizeの他のファイナリスト3社も含まれている。ライバル企業の一つ、ニュージャージー州に拠点を置くSolidiaは、同様のコンセプトを採用し、さらに優れた成果を上げているようだが、2月時点ではプレハブコンクリートブロックのみを製造している（建設業界では、主に現場で混ぜられたコンクリートを使用している）。もう一つのライバル、アルバータ州のCarbon Upcycling Technologiesは、二酸化炭素ガスとフライアッシュ（石炭火力発電所の廃棄物）を混合し、_{コンクリート}混合物中のセメントの約20%を代替できるナノ粒子を生成する。共同創業者兼CEOのApoorv Sinha氏は、最終的にはこの割合を倍増させ、今年中に最初の顧客への販売を開始したいと述べている。一方、ライス大学の研究者たちは、セメントを必要とせず、主にフライアッシュをコンクリート結合剤として使用するコンクリート混合物を開発したと主張している。他の組織も異なる角度からこの問題に取り組んでいる。MITの科学者グループとオーストラリアの企業は、セメント粉末を製造するための、排出量の少ない新しい方法を開発している。

これらのプロジェクトのほとんどは市場に投入されていません。資金調達は困難で、顧客も同様に困難です。建設業界は新しい方法の導入に非常に消極的であることで有名です。それには十分な理由があります。超高層ビルやダムのような製品の場合、「早く失敗して」とか「製品の改良を繰り返す」といった余裕はありません。すべてのコンクリートを真に脱炭素化するには、これらの手法をより商業的に魅力的なものにするために、何らかの政府支援が必要になるでしょう。しかし、CarbonCureの成功は概念実証を示しています。より良いセメントには、具体的なビジネスケースがあるのです。

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ヴィンス・ベイザー （@VinceBeiser）は、『砂粒の中の世界：砂の物語、そして文明の変容』の著者です。彼がWIREDに寄稿した最後の記事は、刑務所でのキャットフィッシュ（ナマズ詐欺）に関するものでした。

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