#株式投資ノート

相場に関すること全般

炭化と炭を軸にした生分解性樹脂のビジネスモデルの可能性

炭化は、木材や繊維などの生物質を高温で加熱して炭素を抽出することで、炭を生産する技術です。炭を軸にした生分解性樹脂のビジネスモデルは、炭化した炭を原料として、生分解性樹脂を生産し、それを使って製品を作ることです。このような樹脂製品は、廃棄物の処理や環境保護に貢献すると考えられており、将来的には持続可能な環境に貢献する可能性があります。

炭を原料にした熱可塑性樹脂は、主に二つの方法で製造されます。

1つは、炭を原料として、炭素ナノチューブ(CNT)を製造し、それを添加剤として使用して、樹脂に混合することです。 CNTは、高強度、高耐熱性、および高導電性を持ち、熱可塑性樹脂に添加することで、その機能を向上させることができます。

もう1つは、炭を原料として、樹脂に混合して炭素繊維を製造することです。炭素繊維は、高強度、高耐熱性、および高寸法安定性を持ち、熱可塑性樹脂に混合することで、その機能を向上させることができます。

炭の粉末とデンプンから作る樹脂は、持続可能な素材として注目されています。炭粉末は、炭化した木材や繊維などの生物質を粉砕して得られるもので、低コストで入手できます。デンプンは、穀物や植物の根、茎、種子などから抽出することができ、バイオマスリソースとして利用可能です。

これらの両方の素材を混合して樹脂を製造することで、資源の有効活用が可能になり、環境負荷を軽減することが期待されます。炭粉末とデンプンから作られる樹脂は、一般的には、低強度であることが多いですが、特殊な処理を施すことで強度を上げることができます。また、炭粉末は火災防止や抗菌性など特殊な性質を持っているため、それらの特長を活かした製品の開発に期待が寄せられています。

ここから一歩進んで炭をフィラーではなく主体とした樹脂の可能性も研究されています。炭の粉末とデンプン(バインダー)から作る樹脂は、資源の有効活用が可能で、環境負荷を軽減することが期待されていますが、それでもいくつかの課題があります。

1つは、炭粉末とデンプンの混合比率を調整することが難しいことです。炭粉末は、比重が重く、硬度も高いため、デンプンとの混合によって、樹脂の粘度や硬さが変化し、加工性が悪くなる可能性があります。

2つ目は、炭粉末は粉末状の素材であるため、混合や成形時に粉塵が発生し、呼吸器官や眼に負担をかけることがあることです。

3つ目は、炭粉末は炭化した木材や繊維などの生物質を粉砕して得られるものであるため、高温で加工すると炭化程度が変化し、樹脂の性質が変化することがあることです。

4つ目は、炭粉末とデンプンから作られる樹脂は一般的には、低強度であることが多いですが、特殊な処理を施すことで強度を上げることができますが、それには費用がかかることです。

これらの課題を克服するためには、炭粉末とデンプンの混合比率を研究し、最適な比率を見つけること、粉塵の問題を解決するための技術の開発、樹脂の性質を維持するための加工技術の開発などが必要です。

炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究は、環境や資源の観点から注目を集めており、様々な企業や研究所が取り組んでいます。

特に、日本や中国、韓国など東アジア諸国では炭素資源の乏しさから、炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究が盛んに行われています。これらの国では、政府や産業界が協力して研究開発に取り組んでおり、技術の進歩が期待されています。

また、米国や欧州では、炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究も行われており、大手化学メーカーや研究所などが取り組んでいます。

炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究は、国や地域によっても異なりますが、様々な企業や研究所が取り組んでおり、将来的にはより高性能な材料の開発が期待されています。 

Made of Airは、ベルリンにあるクリーンテクノロジー企業です。彼らは、炭を使った製品の開発に取り組んでいます。主に、炭を使った構造材料に関して研究開発を行っています。その特徴は90%が大気中の炭素 (温室効果ガスから生じる固体) でできた材料化合物を発明した点にあります。彼らの製品は、軽量で高強度、そして環境に優しいと評判です。また、彼らは、炭素繊維を使った製品の開発において、従来の技術に比べてより低炭素な生産方法を採用しているとされています。Made of Airについての特許情報については分かりません。特許はプライバシーや商業的な理由で公には公開されていないことが一般的です。また、特許申請の手続きは長期間を要し、申請から公開までに数年かかることがあります。 

炭とデンプンを原料とした樹脂の製造方法は、樹脂化学における標準的なプロセスに基づいています。その一般的な手順は次のとおりです。

炭とデンプンを原料として、炭酸カルシウム(CaCO3)を加えて混合する。
混合物を加熱し、酸化し、酸素を加えることで、樹脂を生成する。
生成した樹脂を粉砕し、粉末状にし、樹脂の細かさ、粒度、形状などを調整する。
このような方法は、炭とデンプンを原料とした樹脂を製造するにあたり、技術的な課題があります。例えば、樹脂の生成過程での、不純物の影響、樹脂の品質の一定性などがあります。 また、炭とデンプンを原料とした樹脂は、生分解性が高いため環境に優しい製品になりうるが、その製造コストは高いことがあります。

なお,樹脂を成形するために、樹脂を加熱し,押し出したり射出したりして成形することができ,成形した樹脂を冷却して固化させ、完成品を得ることができます。

炭とデンプンの樹脂では、炭素を質量ベースで高めることができる範囲は異なります。研究によっては炭素含有率が50%以上になることが示されていることもありますが、一般的には30%から40%程度が限界とされています。

ただし、炭素含有率が高いほど、樹脂の性能は良くなりますが、製造コストも高くなると考えられます。また、炭素含有率が高い樹脂は、熱的安定性や機械的強度が低くなることがあるため、アプリケーションに応じて最適な炭素含有率を選定することが重要です。

炭とデンプンの樹脂は、様々な産業において使用されています。特に、炭素含有率が高い樹脂は、熱的安定性や機械的強度が高く、電気的特性も良好であるため、様々な用途に使用されています。

その中でも、炭とデンプンの樹脂は、特にフィラーとして使用されることが多いです。フィラーは、樹脂や金属などを強化するために使用され、炭とデンプンの樹脂は、高い熱的安定性や機械的強度を持つため、様々な産業において使用されています。

例えば、自動車や航空宇宙産業においては、炭とデンプンの樹脂をフィラーとして使用して、車体や機体などの高温環境に対する耐久性を高めることができます。また、電気産業においては、炭とデンプンの樹脂をフィラーとして使用して、電気的特性を改善することができます。

炭とデンプンの樹脂は、建材にも使用することができます。炭とデンプンの樹脂は、高い熱的安定性や機械的強度を持つため、様々な産業において使用されています。建材においては、炭とデンプンの樹脂を用いた建材は、耐火性や耐久性に優れ、防火性能を高めることができます。また、炭とデンプンの樹脂は、保温性能にも優れ、断熱材としても使用することができます。ただし、炭とデンプンの樹脂は、生分解性が低いため、環境に配慮した建材として使用することは難しいです。現在では、炭素を含む環境に配慮した樹脂の開発が進められています。

Reliance Industries (RIL)

Reliance Industries (RIL) は、インド最大のコングロマリットの 1 つであり、石油精製とマーケティング石油化学、石油とガスの探査、小売、デジタル サービス、メディアなどで存在感を示し、多様な事業体になっています。

22 会計年度の EBITDA レベルでは、O2C と石油 & ガスが 49% 貢献し、小売、デジタル、その他がそれぞれ 10%、34%、7% 貢献
Q4FY22の業績は、O2C (O2C) 収益が予想を下回ったため、収益面での予想を下回る

すべてのセグメントが収益の増加を報告したため、収益は前年比 36.8% 増の 211,887 ルピーでした。O2Cとデジタルサービスが牽引し、QoQで10.8%成長
EBITDA は 313 億 6,600 万ルピーで、前年比 34.3% 増、前四半期比 5.6% 増。EBITDA の前年比成長率は、O2C (前年比 24.8% 増) とデジタル サービス (前年比 25.3% 増) が牽引
その後、PAT は 162 億 3000 万ルピーで、前年比 22.5% 増加。PAT は、Q3FY22 で報告されたその他の収入の減少と 28 億 3,600 万ルピーの例外的な利益により、QoQ で 12.6% 減少
各製品およびサービス ポートフォリオにおける RIL の長期的な見通しと支配的な地位は、長期的な価値創造に快適さをもたらします。RIL のコンシューマー ビジネスは、今後の成長の原動力となります。同社は、資金調達後の強力なバランスシートを持っていますが、その伝統的な事業は、近い将来の有利な精製シナリオにより、健全なキャッシュフローを生み出すでしょう。
目標価格評価 3050 ルピー

将来の価格パフォーマンスの要素

Jioプラットフォーム(JPL)レベルで取得される「デジタルエコシステム」からの増分価値の増加
小売部門で FCF が安定的に生成されることで、同社は債務をより低い水準に維持し、将来の無機的な機会に投資する能力を向上させることができる点
O2Cセグメントの健全なキャッシュフローは、プロダクトクラックの増加により近い将来に期待され、RILは新しいエネルギー分野への投資を可能にする点

カーボンネガティヴな炭のポリマー

ベルリンにMade of Airというスタートアップがあり、90%の大気中のCO2と10%の植物由来のバインダーで構成された素材を研究しています。耐久性に優れたこの素材に閉じ込められたCO2は、他のバイオベース素材と同様に、ライフサイクル中に植物に吸収され、難燃性とリサイクル性に優れた複合素材となり、パネルや3D形状にモデリングすることができると言われています。また、石膏ボードのフィラーや射出成形のポリマーフィラーを代替することができると言われています。非常に深い黒色で、見た目に美しく、手触りが良いのが特徴です。まだシーズの段階ですが、2021年にアウディのディーラーの外装材に採用されたり、2022年にArkturaと製造で協力することが決まったりと,大手企業との提携も進んでおり、今年は注目したいと思います。

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https://www.madeofair.com/

建設業におけるバイオプラスチック

建設分野では現在、世界のプラスチック生産量の23%を、材料そのものとその包装・保護に使用している。そのうちのかなりの部分がリサイクルされず、環境中に散乱したり、埋立地に捨てられたりしている。このような石油系プラスチックによる環境問題に対して、バイオプラスチックのような生体複合材料の開発は、パラダイムシフトを意味する。
キーワード:バイオベース材料,建築,環境,循環型経済,ライフサイクル

1. はじめに
プラスチック汚染問題は、地球環境問題の中でも喫緊の課題となっている。海洋には269,000トン以上のプラ
スチックが存在すると推定され,緊急の防止策がとられなければ,2050年には重さにして魚よりもプラスチックの方が多くなると言われている(ロックフェラー財団の調査結果だったと思います)。プラスチックの生産は年々増加しており、今後30年間でさらに70%増加すると予測されている。数十年の間に海洋や陸上にプラスチックやマイクロプラスチック(5㎜以下のプラスチック)が蓄積されているが,プラスチック汚染問題の原因は、無秩序な生産、短い使用期間、ポリマーの劣化、不適切な廃棄物管理・処理、代替材料の生産チェーンの不備に集約される。すでに何百万トンものプラスチックが自然界に散乱し、海岸線に集積したりゴミの島を作っているので、環境にとって大きな脅威であり,廃棄物の不適切な管理によって土壌、淡水、海を汚染している。プラスチックは主にポリエチレンで、包装材やカトラリー、グラス、食品容器などの使い捨て製品に多く使用されている。これらのプラスチックは使用時間は非常に短いが、分解時間が非常に長いため、何年も環境中に残ってしまう。例えば、レジ袋の平均使用時間は12分だが、完全に分解されるには500年かかる。プラスチック汚染は、ポリマーの劣化により、環境中に大量のプラスチック/マイクロプラスチックが発生することで深刻化している。廃棄物処理問題の一因となっているのは、プラスチックのリサイクル率がわずかであることである。これは、リサイクル処理にかかる経済的コストが高いことと、リサイクルに対する金銭的なインセンティブが低いことの両方が原因。ほとんどの種類のプラスチックは、古いプラスチックをリサイクルするよりも、一から生産する方がはるかに安い。さらに、リサイクル工程が複雑であることも、循環型経済の目標達成の障害となっている。最後に、より持続可能な材料の生産チェーンの希少性を考慮する必要がある。エコロジカルな代替材料はまだ限られており、主に包装、容器、使い捨てプラスチック製品など、植物由来のポリマーや動物性タンパク質から作られたポリマーを原材料とする製品に関連するものである。
ほとんどの場合、プラスチックの優れた特性から、他のもっと環境に優しい素材を使うという選択肢は成立しにくい。しかし、持続可能な非石油由来材料へのシフトは、プラスチック使用の増加傾向を逆転させ、現在の線形経済モデルを循環型に転換するために、生産チェーンがとるべき重要なステップとなる。循環型経済とは、廃棄される製品の生産チェーンのさまざまなサイクルに基づいて、廃棄物を制限し、まったく新しい原材料の使用を最小限に抑え、素材の可能性を最大限に引き出し、環境中に飛散する廃棄物の量を削減するものでである。この経済・生産モデルにおいて、バイオプラスチックは重要な位置を占めており、特に、さまざまな生産サイクルで使用された後、生分解され、化石プラスチックとは対照的に何年も自然界に残ることを避けることができる堆肥化可能なプラスチックはすべて重要である。このような観点から、バイオポリマー、そしてより一般的なバイオマテリアルは、経済と建設部門のエコロジー的変革の手段として考慮されるべきものである。
しかし、世界中で生産される
プラスチックのうち、建築・建設分野での使用は23%であるのに対し、バイオプラスチックはわずか8%にとどまっている。再生不可能な原材料の過剰な消費と、分解が困難な廃棄物の発生は、プラスチックの使用に関連する主な問題点である。バイオプラスチックの生産モデルを採用すれば、石油由来の非再生可能な原材料から、農業由来の再生可能な原材料に切り替えることで、これらの問題に対処することができる。しかし、バイオプラスチック本当にプラスチック汚染問題の解決策になるかどうかを判断するには、原材料と廃棄物という2つの側面への言及だけでは十分ではない。

2. バイオプラスチック
2.1. バイオプラスチックの定義
バイオプラスチックの概念を理解するためには、まず、従来のプラスチックと同様に、高分子からなる材料が含まれることを明確にする必要がある。ポリマーは、その起源によって2つのカテゴリーに分けられる。セルロースやキチンのように生物学的プロセスから自然に生成された天然由来のものと、化学的プロセスを通じて人間が人工的に生成した合成由来のものである。「ポリマー」と「バイオポリマー」という用語は、前者を「プラスチック」の同義語として、後者を(天然ポリマーを意味する)バイオプラスチックの同義語として使用し、よく誤用されている。
一般的に、バイオプラ
スチックは石油から得られるプラスチックと比較して、二酸化炭素排出量の削減、優れた機能性、有機物のリサイクルなど廃棄物管理における新たな選択肢を提供するなどの利点がある。バイオプラスチックの使用は、再生不可能な原材料の消費を削減することができる。原材料の価格は、今後数十年の間にますます限られてくるため、大幅に上昇する可能性がある。さらに、これらのプラスチックは、その生産のために栽培される植物が、その成長期間中に大気中の CO2 の吸収に貢献するため、温室効果スの排出を削減できるという利点もある。
確かに、上記のような側面はすべてプラ
ス要素だが、状況を十分に把握するためには、他の側面も考慮しなければならない。実際、バイオベースプラスチックの分野が普及するとしたら、トウモロコシなどの穀物の集約栽培に使われる土地の開発 と最初から戦わなければならない。これは、農業による食糧生産に損害を与え、自然の生息地を損なうという強いリスクとなる。世界の森林減少の主な原因は農業、特に工業目的の集約農業であり、これが地域の生態系を変化させ、動植物に影響を与える可能性があることが分かっている。
環境問題
に加え、バイオベースプラスチックの使用は、その耐久性、剛性、強度についていくつかの疑問を投げかけている。また、高湿度などの環境条件下では、機能性が損なわれる可能性がある。そのため、建築分野への応用には、バイオ素材の性能を向上させる必要がある。

2.2. 分類
バイオプラスチックという用語は,異なる特性や用途を持つ一連の材料を指し,3つのマクロカテゴリーに分類することができる。公式な分類は、European Bioplasticsの定義に従っており、バイオベースポリマー、生分解性ポリマー、またはその両方を区別している。ここで重要なことは、「バイオベース」という形容詞は「生分解性」という形容詞と同義ではないということである。後者は、特定の微生物の作用によって分解される材料を意味する。バイオベースの材料には、ポリ乳酸(PLA)のように生分解性のものもあれば、バイオPETのように生分解性でないものもある。 


したがって、生分解性プラスチックは以下に分類される

- Fossil-based / Biodegradable
- Bio-based / Biodegradable 

2.2.1. (化石資源を利用した)生分解性プラスチック
化石原料に由来するが、分解速度が速いプラスチックはすべてこのカテゴリーに属する。実は、化石由来のプラスチックの組成が生分解性の良し悪しを決めるわけではない。石油由来のプラスチックポリマーの中には、最適な条件下で、バイオマス由来の同様の有機ポリマーよりも分解速度が速いものがある。これらのオキソ生分解性プラスチックはすべて除外される。従来のプラスチックに製造時に金属塩などの添加物の混合物を加え、紫外線、酸素、熱の存在下で分解プロセスを加速させたものがこれにあたる(European Bioplastics)。

2.2.2. (バイオベースの)生分解性プラスチック

バイオベースプラスチックとは、トウモロコシ、サトウキビ、セルロースなどの有バイオマス(バイオベース素材)を原料として、その全部または一部を再生した素材・製品のことである。バイオベースの生分解性プラスチックは、最初のケースと同様に、全体または一部が有機バイオマスに由来する材料または製品であるが、生分解性であるという特別な特徴があり、ポリ乳酸(PLA)、ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)、ポリブチレンサクシネート(PBS)やでんぷんブレンドなどが含まれる。

2.3. オリジナル素材
化石由来のバイオプラスチックは、石油や天然ガス・石油に含まれるプロパンやブタンなどの炭化水素から生成される様々な有機化合物を組み合わせて作られる。一方バイオプラスチックの多くは、炭水化物を多く含むバイオマスを原料としている。使用されるバイオマスの起源はさまざまで、農業分野や食品産業から得られるものもあれば、それ以外のものもある。また、使用するバイオマスの種類によって、バイオプラスチックの種類も異なる。バイオマスは、第一世代、第二世代、第三世代の3つのマクロクラスに分類することができる。
第一世代の原料には、トウモロコシ
、サトウキビ、ビートルート、ジャガイモ、タピオカ、大麦など、炭水化物を多く含む植物の食用作物が含まれる。これらの植物からは、デンプンやブドウ糖が抽出される。バイオプラスチックの多くは、これらのバイオマスを原料として製造されており、バイオベースプラスチックの製造には最も効率的である。
バイオマスの第二世代には、食料
生産に適さないリグノセルロース系の物質が含まれます。これらの物質は、わら、トウモロコシの茎葉、サトウキビの搾りかす、木材、麻や亜麻などの植物繊維など、食用に適さない作物の副産物である。これらの物質から作られるバイオプラスチックは、生分解性、堆肥化が可能である。
そして、さらに発展したのが第三世代原料であり,これは、
藻類や菌類、微生物などを地上に培養し、廃棄物であるバイオマスを処理することで得られるものである。この原料を使うことで、第一世代バイオマスに顕著な土地の消費に関する問題を抑制することができる。
これまで建設業は、コンクリート、金属、プラス
チックなど、石油採掘を前提としたロジックで発展してきた。今必要なのは「栽培建材」という考え方への転換である。栽培建材とは、バイオマスを原料とし、使用
後は土に還すというクローズドループの建築分野への可能性と願いを込めたコンセプトである。つまり、建築物を構成するさまざまな材料が栽培プロセスから得られるのであれば、建築物は堆肥化することも可能であり、寿命が尽きると、新たな栽培プロセスの源となるというコンセプトである。過去には木材のような多くの栽培/天然素材が使用されていたが、今日では、特性が改善された他の素材に置き換えられている。これからの課題は、新しい技術や知識を活用し、時代のニーズに合わせて栽培材料へのアプローチを回復することである。

2.4. 廃棄物処理
廃棄物の蓄積による環境汚染の問題を克服し、毎日埋め立てられる廃棄物の負荷を軽減するために、より良い処理に貢献するいくつかの代替案が存在する。ヨーロッパにおいては,欧州委員会が,指令2008/98/ECを通じて,廃棄物処理の5段階を定義し,廃棄物の特性に応じて処理を分類している。
廃棄物処理では、「性能を損なわずに何回再利用できるか」を最大化することが最優先される。この点で、欧州委員会は、2022年1月からすべてのEU諸国でプラスチック製の使い捨て製品を禁止する、単一使用プラスチック(SUP)と呼ばれる指令904/2019を発出した。
製品の
エンドオブライフシナリオの第一はリサイクルであり、この実践は、プラスチックとウェット成分を分離回収することによってのみ可能である。リサイクルには、機械的リサイクル、化学的リサイクル、有機的リサイクルの3種類がある。有機的リサイクルは、バイオプラスチックの処理においてのみ実行可能である。バイオプラスチックが生分解性である場合、有機リサイクルには、家庭用コンポスト(未処理または処理済みの有機物用)、工業用コンポスト、嫌気性消化の3つの新しい選択肢が生まれる。オーガニックリサイクルには、生分解性または堆肥化可能なプラスチック製品の「循環型」エンドオブライフの選択肢も含まれる。これらは、温度、水分、微生物の存在といった特定の条件下で、一定期間にわたって生分解する材料である。
欧州規格EN134325:2002は、製品が生分解
性とみなされるためには,6ヶ月以内に90%が溶解し、水、CO2 、メタンなどの単純な分子に分解されるものであることが要件と定義されている。しかし、生分解性であれば、必ずしも堆肥化可能というわけではなく、「生分解性」と「堆肥化可能性」の2つの言葉は同義ではない。堆肥化できる製品は、生分解性だけでなく、分解されると堆肥になり、3ヶ月で90%以上分解され、天然肥料として農業に利用できるものである。
バイオプラ
スチックの廃棄物を焼却し、熱回収によって部分的に再生可能なエネルギーを生成するパターンもあるバイオプラスチックの廃棄物を焼却すると、元々植物が吸収していた量の二酸化炭素が排出されるため、ループを閉じることができる。
最後に,埋め立ては、その固有
の環境リスクから、廃棄物ヒエラルキーによれば、最劣位の廃棄物処理方法である

3. 建築分野での応用
3.1. コンクリートおよびモルタルの混和剤としてのバイオポリマー
建設業界におけるバイオプラスチックの主な用途の一つは、コンクリート混合物や乾燥プレミックスモルタルへの使用であり、これらの製品を最適化するための添加物として使用されている。いくつかの用途では、バイオベースの骨材は合成由来の骨材と同等に競争しており、特に技術の進歩に伴い、その市場は拡大すると思わ
れる。建築材料に添加物を加えることの利点は、古くから知られている。もし混合物の主成分がそのため、必要な特性を得るためには、新たな成分を導入する必要がある。要求される特性に応じて、特定の添加剤が混合物に加えられる。バイオベース混和剤の主な用途はコンクリート混和剤とモルタルだが、塗料、外装および内装塗料、石膏ボード、スタッコ、モルタルにも使用されている。
コンクリートは人間が最もよく使う建築
材料の一つであるため、混和剤の重要な市場を構成しており、コンクリート総量の約15パーセントが混和剤を含んでいる。コンクリート混和剤に使用される有機混和剤には、リグノスルホン酸塩、タンパク質加水分解物、ウェランゴムがある。リグノスルホン酸塩は、建設業界で使用される混和剤の中で、量的に最も多いカテゴリーを構成している。これらは、コンクリート流動性や作業性を向上させる可塑化、または減水のために使用され、高い機械的性質と耐久性を得ることができる。プレキャストコンクリートでは、より高い機械的強度を得るためにリグノスルホン酸塩が使用される。その他の混和剤としては、膨張コンクリートの調製時に水の表面張力を大幅に低下させるために使用されるタンパク質加水分解物がある。タンパク質加水分解物は球状の気泡を生成し、合成発泡体が生成する六角形の気泡よりも約20%高い圧縮強度を実現する。したがって、圧縮強度を維持しつつ、低比重を実現するためにコンクリートを発泡させる必要がある場合には、タンパク質加水分解物が好まれる。重要な例は、コンクリート調合におけるウェランゴムの使用にも見られる。これは、自己充てんコンクリートなど、表面に水層が形成されたり、大きな骨材が沈降したりして崩壊しやすい流動性の高いコンクリートの性能を高めるための粘度調整剤として使用されている。
添加剤の主な
利点は、混合物の流動性を損なうことなく安定化させることである。添加物は、モルタルの性能を向上させるためにも使用され、主にプラスター、タイル接着剤、セルフレベリング下地材に使用されています。石膏やタイルの接着剤には、壁面への水分の流出を防ぐために保水剤が必要であり、バイオ添加剤の中ではセルロースエーテルが最も広く使用されている。また、石膏ボードなどでは、石膏スラリーを薄めるための分散剤が必要とされる。この分野では、リグノスルホン酸アンモニウムが最も広く使われている。一方、グラウトの場合は、キサンタンガムを添加することで流動性を持たせ、ひび割れへの浸透をより良くすることができる。さらに最近の研究では、この分野の研究がさらに進み、サステナブルコンクリートの製造に混和剤として使用できるバイオポリマーが追加で特定されている。Karandikarが片栗粉を使用して実施した試験では、この天然ポリマーを含む石灰モルタル機械的強度が増加することが示されている。また、Govinらは、グアーガムがセメントモルタルの保水力を高め、水の損失を抑えることを確認している。これらの同じ特性は、Opuntia Ficus Indica抽出物から得られる粘性のあるバイオポリマーでも確認されている。この天然ポリマーを使用すると、石灰モルタルの耐久性が大幅に向上する(約5~7倍)ことが示されている。このバイオポリマーは,水硬性石灰モルタルの添加剤として使用され,この材料の粘着性による機械的特性へのプラスの効果が確認されている。上記の天然ポリマーの中でも,サボテンエキスは,石灰モルタル機械的強度と耐久性の両方を向上させることができるため,興味深い代替品と言える。しかし、その利用可能性を十分に理解するためには、粘性のある生体高分子とセメント混合物の間に生じる相互作用をより詳細に分析する必要がある。得られた結果に基づいて、これらの混和剤はコンクリートの保水性を向上させ、混合物の早期乾燥を防ぐため、ひび割れの可能性を低減させると述べることが可能である。しかしながら、特にコンクリートの硬化と固化に悪影響を及ぼす可能性も考慮する必要がある。

3.2. セメント代替 接着剤成分としてのデンプンとアルギン酸
建築材料のバインダーとして、セメントに代わる持続可能な代替品が探索されている。その主題は、特定のバイオポリマー、特にコーンスターチとアルギン酸を、もはや単なる添加物としてではなく、バインダーとして使用する可能性である。コンクリートの配合は、バインダーであるセメント、粒径の異なる骨材、添加剤、水から構成されている。バイオベースの新しい建材をバインダーとして探索することは、より持続可能な建設への一歩となる。
研究では,コーンスター
チを砂と水に混ぜ、その混合物を加熱(200℃を超えない温度)すると、最大20メガパスカルの値を持つ圧縮強度を持つ CoRncrete と呼ばれる硬化固体材料が生成されるという実験結果を得ている。加熱によりデンプン分子が部分的に溶解し、砂粒を接着するゲルを形成し、乾燥すると固まる。アルギン酸もバインダーとして使用できるバイオポリマーである。アルギン酸は、海洋に生息するさまざまな藻類から抽出されるコーンスターチと違い、アルギン酸は海の中で育つので、陸地を必要としないのが利点である。CoRncreteの速乾性と軽量性、そして再生可能な資源から得られることは、魅力的な材料と言える。CoRncreteは、レンガのようなブロック状の構造材として、乾燥地域や建物内に置かれた乾燥環境下で使用することができる。ブロックの目地を塞ぐモルタルは、新鮮なCoRncreteを加熱して使用することができる。また、ブロックを金型で成形し、インターロッキングすることも可能である。加熱に必要な温度が低いことから、CoRncreteは建築物を3Dプリントするための魅力的な材料である。この材料の加熱と乾燥に必要な温度は、従来のコンクリート製造や粘土レンガの製造よりもはるかに低いものの、現在のところ、この加熱手順を建物の規模に適用することはできない。
高い分解性に関しては、プラスとマイナスの両方の
効果がある。湿地帯の屋外では使用できないが、「バイオセメント」は仮設構造物への応用が可能である。実際、アルギン酸やコーンスターチのバイオポリマーは、乾燥している限りは圧縮に強いが、いったん水にさらされると簡単に弱くなってしまう。このような材料の耐久性を向上させ、建築への応用を強化・拡大するためには、さらなる開発が必要である。廃棄物対策として必要な分解性やリサイクル性を損なわない範囲で、添加物や疎水性コーティングを施すことで、耐久性を向上させることが可能である。
ライフサイクルアセスメント(LCA
)で算出されたCoRncreteのエココストは、従来のコンクリートより高い。これは主に、トウモロコシの栽培に肥料を使用するため、環境毒性が高くなるためである。これらの点を解消すれば、CoRncreteは環境負荷を低減できる可能性がある。
これらの結果から、CoRncreteは軽量で圧縮強度が高く、生分解性があり、再生
可能な資源から得られるため、有望な建築材料であると結論付けることができる。しかし、耐久性や持続可能性といった要素が、その使用にあたって課題となっている。

3.3. バイオポリマーのコンクリート用骨材への応用
軽量コンクリートとは、従来のコンクリートに使用されている骨材よりも密度が小さい軽量骨材を含む混和材のことである。石質骨材(砂利、砕石)の全部または一部を、ハニカム構造を持つ軽量骨材に置き換えたものである。このような骨材には、膨張粘土軽石パーライトなどの人工物(天然由来だが工業的なプロセスで得られるもの)と発泡スチロール(EPS)のような合成物がある。人工骨材を使用する主なデメリットは、限られた再生不可能な資源を搾取し地球を枯渇させることにある。実際、すべての骨材はコンクリートミックスに組み込まれると、不可逆的な変化を遂げる。一方、石油製品に由来するEPSなどの合成骨材の使用は、再生不可能な原材料の使用と、極めて汚染度の高い抽出・加工プロセスによる深刻な環境影響を伴う。EPSの生産時にペンタンが排出されることも、かなりの影響を与える事実である。さらに、発泡ポリスチレンは生分解性がなく、光分解に対する耐性がある。これらの理由に加え原油とその派生物の価格上昇により,より環境に優しい材料の開発への関心が高まっている。
オークランド大学が行った研究では,EPS に代わる軽量コンクリートの骨
材として,膨張ポリ乳酸(EPLA)を使用する可能性が検討された。ポリ乳酸は、コーンスターチとサトウキビから得られるバイオポリマーで、二酸化炭素を使用して膨張させ、密度を大幅に低減させたものである。実験によると、このポリ乳酸はとマイナス面もある。EPLAは生分解性のバイオポリマーで、EPSよりも汚染が少ないが、コンクリートに使用した場合、圧縮強度と弾性率を低下させる。このデータは決定的なものとは言えず、この代替案の有効性を確認するためにはさらなる研究が必要である。

3.4. 土構造物補強用バイオポリマー
バイオポリマーは、土構造物の特性を向上させるために使用することができる。土構造物は、原料の入手が容易であったことから、古くから使用されてきた住宅の一種。現在でも、世界人口の約3分の1が土建住宅に居住している。しかし,これらの建物は,機械的強度と耐久性の点でいくつかの限界を持っている.特に、降雨や洪水などの激しい気象現象の影響を受けやすく、それによって引き起こされる被害は、人間に対する潜在的なリスクとなる。したがって,土構造物の安定性を高めるためには,バインダーや補強材を使用する必要がある。人間が建設に使用する主な結合材はセメントであるが,その製造工程は,世界の温室効果ガス排出量の5%近くを占めると報告されている。使用量が限られている場合でも、セメントは土構造物の二酸化炭素出量を大幅に増加させる可能性がある。特に、Van DammeとHoubenによる研究では、"圧縮強度に対する二酸化炭素排出量の比率は、コンクリートや非安定化非焼成土などの他の建築材料よりも、セメント安定化非焼成土の方が大きい "ことが示されている。さらに、セメント使用のデメリットは、その価格の世界的な分布に大きな地域差があることである。特に発展途上国では高価であるため、その地域においてはさらに使用することが難しくなる。このような理由から、2010 年代初頭から、より持続可能な代替材料を見つけるために、土ベースの材料における生体高分子の安定化効果を調査する多くの研究が行われてきた。2012 年、Chang と Choは、グルカン・バイオポリマーが土壌の圧縮強度に及ぼす影響について研究した。彼らは、研究対象のバイオポリマーを少量(5 g/kg 未満)添加すると、土壌の圧縮強度が 3 倍になる一方、10 % のセメントを添加しても 2 倍にしかならないことを示した。ゲル状のバイオポリマー、特にジェランガムやキサンタンガムは、土構造物の安定剤としても使用されてきた。ジェランガムは、高温・低pHの条件下でも安定であるため、強度向上のための添加物として使用されている。また、キサンタンガムを使用しても同様の性能が得られる。得られた結果は、これら2つのバイオポリマーをラムド・アース・レンガの製造におけるバインダーとして使用するための強度基準を満たすものである。また、キサンタンガムは天然繊維と組み合わせて使用することで、さらに効率的な建材となる。土は脆い鉱物であるため、引張強度が低く、乾燥時に収縮して破砕するため、麻、亜麻、ナツメヤシなどの天然繊維を添加することで、これらの問題に対処することができる。収集した結果によると、繊維を単独で添加した場合、それらを含まないサンプルと比較して土の圧縮強度が低下することが判明した。これに対し、キサンタンガムと天然繊維の複合添加は相乗効果を生み、土壌サンプルの特性を著しく向上させ、高い圧縮強度と引張強度、より良い延性特性を与える。土の建築物の貧弱な耐水性を高めるために、Perrotらが行った研究では、キトサンを添加物または材料として使用して、水による劣化に対するラムド・アースやアドービブロックの耐性を高めるための外部コーティングを作り出す可能性を調査している。キトサンの最も魅力的な側面の1つは、食品産業からの甲殻類の廃棄物から一般的に抽出されるため、コストが低いということである。また、生分解性、抗菌性、無毒性などの特性も確認されている。そして、このバイオポリマーで処理した土壌と未処理の土壌について、圧縮強度、引張強度、曲げ挙動、水による劣化に対する感受性を評価するための様々な試験の結果、バイオポリマーは、圧縮強度、引張強度、曲げ強度、および水による劣化に対して良好な影響を与えることが明らかになった。キトサンは、表面コーティングとして、また土壌混合物に添加される添加物として存在する。低濃度でも撥水性のある外被にするのに十分である一方、混合物の製造に組み込む場合は、ある程度の疎水性を持たせるために少なくとも3%必要であるという結果が出ている。まとめると、低濃度のキトサンでも、水による劣化や機械的特性に関する性能を大きく向上させることができることが、分析から明らかになった。しかし、長期耐久性としてのキトサンの有効性については、今後も研究を続けることが重要である

3.5. 廃棄物からなるバイオプラスチック
ベルリンのスタートアップ企業Made
of Airは、森林廃棄物と農業廃棄物の炭からなるバイオプラスチックを開発し、サトウキビ由来のバインダーと組み合わせて、溶かして成形できる熱可塑性の粒を作った。この素材は炭素を吸収し、家具から建物の外壁まで、さまざまな用途に使用することができる。この素材は、ライフサイクルで排出する以上のCO2 を大気中から吸収するため、「Made of Air」はカーボン・ネガティブな素材と言える。この製品は、2021年4月、ミュンヘンアウディディーラーで建物の外装材に使用された。

3.6. 建材を育てる 成長するバイオプラスチック
今後期待されるのは,第三世代の原料である食品加工からの廃棄物系バイオマスから生産される,土地の消費を伴わないバイオプラスチックである。廃棄物から持続可能な新材料を生産することで,特に発展途上国において主要な汚染源となっている農業廃棄物の焼却を回避し,環境への影響を最小限に抑えることが可能になる。最初にパッケージングの生産について行われた多くの研究では,藻類,菌類,微生物などの生物が,廃棄物ゼロの産業を育成することができるバイオプラスチックに変換して,廃棄物バイオマスを処理する能力があることが実証されている。長年にわたり,農業廃棄物に含まれるリグノセルロースを利用して成長する菌類の植物体である菌糸の可能性に注目した研究が行われてきた。バイオマスに含まれるセルロースは、菌糸体の成長のための食物であると同時に構造体としても機能し、約1週間で固化して、組織の小さな部分をすべて結合して大きな全体を形成するようになる。菌糸はバインダーの役割を果たし、固まるとどんな形にもなり、軽くて丈夫な素材になる。菌糸の細胞構造はキチン・ポリマーで構成されており、これが菌類と植物体を区別する特徴であり、また、菌糸にキチン質を与えている。
材料は、一度加工されるとプラスチック的な挙動を示す。このため,菌糸体から作られた材料は,化石由来の樹脂や接着剤から作られたプラスチックやその他の複合材料と比較して,良好な結果が得られている。菌糸体を用いたバイオプラスチックは、100%堆肥化可能で、エネルギーを必要とせず、二酸化炭素を排出しないプロセスで得られるという、興味深い特徴がある。さらに、菌糸体ベースのバイオプラスチックは、場所の利用可能性に応じて、さまざまな種類の農業廃棄物から作ることができるため、世界中のどの地域でも、地域のバイオマス残渣から生産することが可能である。例えば,Pelletierらは,草,稲わら,ソルガム,亜麻,麻などの廃棄物から菌糸体ベースのバイオプラスチックを作り,Appelsらは,わら,おがくず,綿などの農業廃棄物を用いた。経験的に、この新材料のいくつかの特性が観察されており、特に、吸音、断熱、バイオレンガのパネルの製造など、建設分野での利用が期待されている。実際,偶発的な試験を通じて,Hari Dharanは,分析したバイオプラスチックが高い耐火性を持ち,断熱と遮音の両方の指標が良好で,有害な揮発性有機化合物を含まないことを示した。また,圧縮強度や曲げ特性は,化石由来の化合物や人工木材と同程度であることが示されている。これらの知見から、おがくずと菌糸体からなるレンガを栽培し、後にドイツで展示されたフィリップ・ロスの茶室設計に組み入れられた。
サンディエゴのNew Children's Museumでは、1200個の菌糸体バイオブリックで構成された展示室が用意され、インタラクティブな展示が行われました。これらのブロックは、レゴブロックのように手を動かして遊べるように作られたものである。2014年にこの取り組みが終了すると、美術館はすべてのブロックをサンディエゴの自治体の堆肥化プログラムに充て、ゴミを残さないようにした。菌糸の利用は、素材そのものだけでなく、通常の製造方法の見直しにもつながっている。個々の部品の製造は、もはや大量工業生産ではない。この素材は培養され、独自の開発期間を必要とするため、私たちはそれに適応することを余儀なくされる。菌糸体をベースにしたプラスチックは、様々な用途に使用することができる。
大規模な型枠を使用してモノリシックな要素を作るために培養することもできるが、David BenjaminのHi-fiプロジェクトのように、個々の建築要素に作り、後で機械的に組み立てることも可能である。このような個々の要素は、バイオブリックの製造を通じて構造分野でも、断熱・防音用パネルの製造にも利用することができる。同時に、これらの素材に関する研究は、素材そのものが建築デザインにインスピレーションを与え、その美学を変え、さらに重要なこととして、その背後にある考え方を変えることを可能にする知識を生み出している。今日,この新しい分野では,学際的なチームが,菌類バイオプラスチックを建築業界に取り入れるための研究を行っている。プロトタイプとして,わずか 5㎡の使用可能面積を超え,高いエネルギー性能を持つ小型移動住宅,マッシュルーム・タイニーハウスが,エコバティブ社によって作られた。断熱材が2 層のパイン材に挟まれた菌糸は,数日で成長し,従来のポリスチレンに匹敵する軽くて均質な化合物を生成する。建築における菌糸の他の興味深い使用法は,マリア・メロによるBreeding Spaceや,アレクシ・ヴェサルオマとアストゥディオのコラボレーションによるGrown Structuresなどのプロジェクトに見ることができる。

3.7 3Dプリンティング用材料としてのバイオポリマー
3Dプリンティングは、アディティブ・マニュファクチャリングとも呼ばれ、3Dモデルに属する断面に対応した材料を次々に追加して部品を製造する一連のプロセスで構成されている。この技術では、プリントされるデジタルモデルを設計・カスタマイズすることができるため、複雑で不規則な構造物を製造することが可能である。3Dプリントに最もよく使われる材料は、プラスチック、金属、セラミックだが、建築・建設の分野でも、3Dプリントの材料としてバイオプラスチックの利用が可能であることを示す例が多くある。リグノセルロース,デンプン,藻類,キトサンに基づくバイオポリマーなどの物質は,環境に優しいアプローチを通じて,建設分野へのアディティブ印刷の応用のための自然由来の代替品となり得るものである。特に,PLA(ポリ乳酸)は、3Dプリント用のバイオプラスチックフィラメントとして使用されており、その低い溶融温度によって適していることが証明されている。PLA以外にも、特定のプロジェクトのために特別に設計され、特許を取得した数多くのバイオプラスチックが、過去10年の間に応用されている。
また,土構造物は,世界の多くの国々で伝統的な構造物であるにもかかわらず,労働や材料の硬化に長い時間を要するため,その開発はまだ限定的である。そのため,近年では,伝統的な土構造物の建設プロセスを,生産性やコストの面で現代の標準に適合させるために,建設プロセスをより簡単かつ迅速にするためのいくつかの方法が分析され、土の建築物の製作にも3Dプリンターが適用され始めている。例えば,アルギン酸塩のバイオポリマーを土に加え、材料のセット速度を上げ、より効率的に押し出すことができるようにしている。

4. 結論
One-Wayな経済モデルから、再生可能な循環型経済モデルへの移行を完了させることがテーマである。再生不可能な原材料の消費や生分解性のない廃棄物の発生など、プラスチックの使用によって引き起こされる問題の解決に,バイオプラスチックは貢献し、建設分野においても持続可能な魅力的な選択肢を提供する鍵となる。バイオプラスチックは、バイオベースであること、生分解性であること、あるいはその両方であることなど、多くの利点があるが、欠点もあり,これらの新素材が持つ多くの可能性を最大限に生かすために、建設分野での応用に向けたさらなる研究とテストが必要である。また、従来のプラスチックをバイオプラスチックに置き換えるだけでは不十分で、経済・生産モデルの大幅な変革も必要である。