ソース: АrсhDаilу
農業廃棄物から持続可能な構造物へ: サトウキビから作られたコンクリート
農業廃棄物管理のための効果的かつ価値のあるソリューションを見つけることは、研究者にとって刺激的な課題となっています。 大豆生産からの残渣、トウモロコシの穂軸、わら、ヒマワリの種、セルロースなどの単一栽培からの副産物は、多くの場合、土壌堆肥化に使用されたり、動物の飼料として使用されたり、廃棄物を削減して環境負荷を軽減するためにエネルギーに変換されたりすることもあります。農業活動に伴う影響。 例えば、サトウキビの生産では大量の廃棄物が発生し、年間生産量 20 億トンのサトウキビから合計約 6 億トンのバガス繊維廃棄物が発生します。 この廃棄物は、持続可能性と構造効率を兼ね備えた建築材料を提供することで、コンクリートやレンガなどのエネルギー集約型の建築システムに代わる有望な可能性を秘めています。
この観点を念頭に置いて、イースト ロンドン大学 (UEL) は、グリムショー アーキテクツおよびメーカーのテート & ライル シュガーと提携して、Sugarcrete™ と呼ばれる革新的な建築材料を開発しました。 このプロジェクトの目的は、サトウキビからの生物学的廃棄物をリサイクルすることで持続可能な建築ソリューションを探ることであり、これにより建築業界における炭素排出量が削減され、同時にこれらの建築資材の生産と施工における社会的および環境的持続可能性を優先することになります。
「Sugarcrete™ の主な革新は、生体材料の構造性能が低いという確立された誤解に挑戦し、自立するのに十分な構造強度を備えた材料を作成することです」と上級建築学教授の Armour Gutierrez Rivas は述べています。 同氏は次のように説明しています。「このプロジェクトは、地域の問題に対処する革新的な建築ソリューションの使用に関する、イースト ロンドン大学 (UEL) の建築学修士課程の一環として行われた教育に基づいた研究の一環として始まりました。ロイヤル ドックスのシルバー タウンの再開発提案について、私たちはこの地域の既存の産業構造に取り組み、テート＆ライル社の砂糖生産からの副産物を含む副産物を代替建築物として検討し始めました。初期の探査はテストされ、最適化されました。サステナビリティ研究所 (SRI) の最先端の施設を使用し、後に Grimshaw の建築家および AKT II のエンジニアとの創造的なパートナーシップにより Sugarcrete™ Slab として実装されました。」
基本的に、Sugarcrete™ はバガスと鉱物バインダーを組み合わせて作成されます。 最終製品は従来のレンガよりも軽く、二酸化炭素排出量はわずか 15 ～ 20% です。 世界のバガス生産量の 30% の一部を使用する Sugarcrete™ は、従来のレンガ産業を完全に置き換える可能性があり、その結果、10 億 8,000 万トンの CO2 が節約されます (世界の二酸化炭素生産量の 3% に相当)。 サトウキビは成長速度が速く、CO2 をバイオマスに変換する点で林業よりも最大 50 倍効率的であるため、ネットゼロエミッションを達成するための最優先の原料となっています。 さらに、この材料は優れた構造特性を備えており、断熱性、耐火性があり、熟練労働者でも簡単に使用でき、構成が単純であるためサプライチェーンが簡素化されています。
UEL サステナビリティ研究所の研究員であるバムダッド アヤティ氏によると、「Sugarcrete™ の製造プロセスは非常にシンプルで、従来のコンクリート ブロックの製造に似ています。それには、材料の調合、混合、鋳造、乾燥/硬化が含まれます。バインダー成分はミネラルです」 「砂糖産業が確立されている場所で大量に入手可能です。他の建設資材と同様に、大規模生産の課題には、水分含量、粒子サイズ、望ましくない不純物などの点で原料原料の変動が伴います。」
開発チームは、世界的な建築会社 Grimshaw と協力して、インターロッキング ジオメトリの概念を組み込んで、製品アプリケーションの新たな可能性を探りました。 1699 年にフランスの技術者ジョセフ・アベイユによって発明され、特許を取得したインターロッキング方式は、1739 年にアメデ・フランソワ・フレジエによって、また 1737 年にはトルシェの Traité de Stéréotomie によって再検討されました。その後、21 世紀になって、ユーリ・エストリン、アルカディなどのさまざまな研究チームによって開発されました。ダイスキンとジュゼッペ・ファラカラ。 マイケル・ワイツマン; AAU アナスタスの建築家とエンジニアのマウリツィオ ブロカト。 この概念は Sugarcrete に適用され、「Sugarcrete™ スラブ」と呼ばれる、取り外し可能、再利用可能、耐火性の複合床スラブを作成しました。 これらは、新規および既存の構造物に実装、解体、または拡張できる革新的な建設ソリューションの開発を目的とした一連のプロトタイプの一部です。
このプロジェクトでは、インターロッキング システムを部品のキットとして使用し、モルタルを必要とせずに小さな個別のコンポーネントを使用して大きな構造物を構築できるようにします。 その相反性と分散された力のネットワークにより、このシステムは従来のモノリシックアセンブリよりも優れたパフォーマンスを発揮します。 鋳造プロセスは、材料の無駄を最小限に抑えるために採用されており、型枠の再利用と簡素化された大量生産、および製造と組立のための設計 (DfMA) の機会を可能にします。
アーキテクト、グリムショー & アンディ ワッツのデザイン テクノロジー ディレクターであるエレナ シロバ氏によると、このプロジェクトでは、材料計算、パラメトリック設計、ロボット製造を統合した製造用の完全なデジタル ツールチェーンが使用されました。 このプロセスは、材料特性をデジタル炭素分析ツールに入力して、それぞれのフットプリントを評価することから始まりました。 次に、生成モデルを使用して、2D パターンを相互接続されたコンポーネントの 3D ジオメトリに変換しました。 6 軸ロボット アームを使用して、デジタル モデルは金型を製造するためのツールパスを生成しました (硬化と 3D スキャンの後、コンポーネントの偏差はすべてデジタル モデルに組み込まれました)。 構築シーケンスのテストには拡張現実アシスト セットが使用され、大規模な組み立てが行われました。 組み立て後、キャリブレーションのために建築要素を再度 3 次元でスキャンしました。 このデジタル ツールチェーンにより、この持続可能な素材を使用した柔軟でカスタマイズ可能な部品キット システムの作成が可能になり、デジタル世界と物理世界を統合し、天然素材のユニークな特性を採用できます。 エレナが指摘するように、「私たちは、テクノロジーがまさにそれを可能にすると信じています。コンピューテーショナル デザインと高度な製造の力を通じて、不均一で不完全で、細工された性質を持つ天然素材を展開するのです。その見返りとして、私たちはローカルな素材を使用できるようにすることで、人々や地域社会も同様です。なぜなら、技術の進歩がガラスとコンクリートの高価な建築に限定されるべきではないからです。」
Sugarcrete™ 研究は、地元の生産者にこの材料の採用を奨励し、セメントの使用量を削減することを奨励するために、意図的に特許なしで公開されました。 UELのサステナビリティ研究所共同所長であるアラン・チャンドラー氏は次のように述べています。「テート・アンド・ライル・シュガーズ社と提携して、私たちは特許調査を実施し、建築材料開発におけるバガスがどこで特許を取得しているのか、そして私たちの事業範囲がどのようなものであるかを確立しました。私たちは、 「研究はオリジナルであり、特許を申請することもできましたが、集団的に特許を申請しないことを決定しました。これは主に、グローバル・サウスの生産者コミュニティの農産物を管理することではなく、私たちの洞察を共有したいということでした。特許を申請しないという私たちの決定はむしろ倫理的でした」金銭的なことよりも。」
実際、イノベーションとサプライチェーンに関する倫理的考慮は、生産者とユーザーの両方にとって公平な結果を保証する、実行可能で公平かつ堅牢なサプライチェーンを確立することを目的としたプロジェクト設計の基礎でした。 そうすることで、炭素削減だけでなく社会的および環境的な持続可能性にも取り組むことを目指しています。 チームはまた、導入の機会をさらに拡大するために、グローバル・サウスの砂糖生産地域の拠点を特定しており、近いうちに現実世界のシナリオでプロトタイプをテストする予定です。
Sugarcrete は、慎重かつ意識的な開発を通じて、環境への悪影響が大きく、効果的な (そして迅速な) 行動が必要な建設業界の将来のシナリオについて楽観的な見方をもたらします。 アラン・チャンドラー氏は次のように説明しています。「気候危機に対処するための材料革新の精神は、性能仕様だけでなくサプライチェーンも設計する必要があります。炭素はリストの最上位にあります。建設における健康と安全に関連した毒性についても言及する必要があります」バガスやその他の急速に成長している生物由来製品を不活性鉱物バインダーと組み合わせて、断熱層だけでなく構造にも使用することで、化学的に悪性の化石燃料ベースの製品ラインが建設現場から排除され始めています。製造、建設、解体、再利用、廃棄の一連の過程における建築安全法の安全性の優先事項。」 エレナ・シロバ氏は「業界全体を見渡すと、地元の持続可能な素材や未使用の農業/産業副産物を活用する機会がたくさん見つかります。これらの素材は、見た目は華やかでエレガントではないかもしれませんが、一見すると新しいハイテクです」と締めくくりました。気候緊急事態では、「モダンな」外観のためにコーティングしたり隠したりすることなく、Sugarcrete™ のような素材の可能性を真に受け入れ、称賛するための新しい建築言語が求められています。この新しい建築言語と考え方の変化は、最終的には天然素材が顧客にとって魅力的なものとなり、規模の経済により需要が増加し、価格が下がります。」
Sugarcrete™ の持続可能な建設に対する革新的なアプローチが評価され、地球にプラスの影響を与える革新的なソリューションを称える、世界最大の環境賞として知られる今年の Earthshot Award へのノミネートにつながりました。 プロジェクトの進捗状況や詳細については、公式 Web サイトをご覧ください。
ソース: АrсhDаilу
