WPI がサステナブルなコンクリート代替材料開発のファンディングを受領 (WPI Researchers Receive New Funding for Sustainable Concrete Substitute)


2022-09-13 アメリカ合衆国・ウースター工科大学(WPI)

・ WPI は、ネガティブエミッションで低コストの「生きた」材料である、酵素建築材料(Enzymatic
Construction Material: ECM)の改善と新機能の開発において、米国立科学財団(NSF)より 692,396 ドルの研究資金を受領。
・ 気候変動の主要因の一つであるコンクリートの課題に対処し、従来コンクリートの修復や将来のコンクリート代替への道筋を提供し、ECM の実用化を促進する。
・ WPI の Office of Technology Commercialization を通じて設立したスタートアップの Enzymatic, Inc.が、開発した ECM の商業化に取り組む。
・ 新たな研究資金により、メガネレンズ、携帯電話のスクリーンや自動車のウインドシールド等の多種類のガラス材料の亀裂の修復を含む、ECM の新しい利用方法の開発に挑む。
・ また、ウースター市とアフリカの貧困家庭の女子児童に向けた、ジェンダーギャップの問題が根強く
・ 世界のセメント生産量は、1995~2020 年の間に 13.9 億トンから 40.1 億トンに跳ね上がり、地球上で水の次に大量に消費される物質となっている。今回の研究資金は、コンクリート生産による気候変動緩和の支援に加え、ECM とその製造プロセスの改良と最適化、また多様な材料への ECM の利用拡大に充てられる。
・ ECM は、あらゆる生体細胞に見られる、炭酸脱水酵素(carbonic anhydrase:)として知られる酵素の
働きによるプロセスを通じて作製される。同酵素は、CO2 と反応して空気中から除去する特殊な機能を有する。
・ 炭素脱水酵素と CO2 との反応により、ECM の主要構成物質となる炭酸カルシウム結晶が形成され、添加した砂スラリーやポリマーに結合して固体材料となる。ECM は、経時的に発生する亀裂や欠陥の自己修復と強度維持を 6 回まで繰り返すことが可能。
・ ECM の試験や実験では、圧縮材としてビル建設に利用できる、モルタルに匹敵する卓越した圧縮強度を確認。レンガのような高温度での焼成も不要で、硬化に 28 日間を要するコンクリートとは異なり
URL: https://www.wpi.edu/news/wpi-researchers-receive-new-funding-sustainable-concrete-substitute



Cell Reports Physical Science 掲載論文(フルテキスト)
Curing and self-healing of enzymatic construction materials using nanoparticles
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386422003332?via%3Dihub


•Introduction of curing method that allows for on-site fabrication
•Nanoparticles reduce the curing period in a recently developed ECM-n
•Curing can be carried out using a low-power laser or other light sources
•ECM-n can be used as a multifunctional thermal element


Preparation of construction materials on site may offer advantages in transportation and storage. However, a major limitation of on-site preparation of some materials is the need for heat and oven desiccation for adequate curing. Here, we describe a method that allows rapid curing under ambient conditions through the addition of 0.1% iron oxide nanoparticles to a carbon-negative enzymatic construction material (ECM) to make ECM-n. Specifically, we show that a low-power laser (3W at 808 nm) can cure ECM-n to an optimal mechanical strength in 12 h, which can be compared to the 14-day period needed for in situ air drying. In addition, the incorporation of nanoparticles allows rapid self-healing of large-scale flaws and that incandescent light can be used if lasers are not available. This method establishes an on-site manufacturing capability for ECM-n and other construction materials and supports thermal controllability of the local structure in low-temperature regions.