このグループの人々は砂が足りなかったため、おむつを使って家を建てたのですか?

2023年5月にNature Researchが発行するScientific Reportsに論文が掲載されました。日本の北九州大学のシスワンティ・ズライダ氏と他の2人の研究者は、おむつという特殊な素材を使って家を建てた。

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研究者らは、廃棄された使い捨ておむつを砕いて、平屋建ての建物に使われるコンクリートやモルタルに混ぜることができることを発見した。砕いた使い捨ておむつは、家の本来の耐荷重性を変えずに、構造柱や梁に使用される砂の最大 10% を置き換えることができます。彼らはその材料を使ってインドネシアに小さな家を建てた。

このような「臭い」ニュースを見ると、廃棄されたおむつを砂の代わりに使えばゴミが減るので、環境に優しい話のように思えてくる。しかし、節約した砂の価値はどれくらいでしょうか?論文を詳しく見てみると、著者のシスワンティ・ズライダ氏はインドネシア出身で、この研究の目的も、都市化と人口増加によるインドネシアの建築資材不足の問題を軽減することだという。

しかし、インドネシアは17,000以上の島々からなる国です。論理的に言えば、そのような国に不足してはならないものは砂です。これを見ると、人々は疑問に思う。これらの人々は本当に研究をしているのだろうか？

おむつで建てられた試作住宅の正面ファサード。画像出典: Scientific Reports

急いで嘲笑しないでください。この論文が Scientific Reports 誌に報告されたのには理由があります。

注意深い読者は、前回の記事で「sand」ではなく「sand」を使用したことに気づいたかもしれません。これら2つは同じものではありません。辞書では、「砂」は非常に小さな岩の粉を指しますが、「砂」は小さな岩の粉です。 「非常に」の違いは、両者の間にサイズの違いがあるからです。工業分野において、「砂」は一定の品質が求められる土の一種であり、現代社会において重要な資材です。たとえば、砂は建築用のモルタルを作るのに使われ、砂からシリカを抽出してガラスを作り、また砂からシリコンを抽出してチップを作ります。

そのため、これらの島国には広大なビーチがあり、「砂」が不足しているわけではありませんが、実際には「砂」が不足しています。したがって、一見無尽蔵に見える「砂」は、実際には建築資材や製造資材としての「砂」の代わりとなることはできません。そして、もう「砂」が足りなくなってしまったのです。

浜辺や海の砂は使えないのでしょうか？ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

砂はどこから来るのでしょうか？

砂も細砂と同様に岩石の風化や浸食によって形成されますが、砂の粒子の大きさは細砂よりも大きくなります。砂は主にシリカで構成されていますが、さまざまな不純物も含まれているため、さまざまな色で表示されます。

一般的に、砂は次の 3 つのカテゴリに分けられます。

一つは砂漠の砂です。

一つは海辺の海砂です。

もう一つの種類は川砂です。

これら 3 種類の砂の最大の違いは、粒子のサイズと滑らかさです。砂漠の砂や海の砂は、長期間の摩擦により粒子がわずか数十分の一ミリになり、表面が非常に滑らかになります。対照的に、川砂は直径約1mmで、表面はより粗いです。

建築の分野では、この区別は、何が使えるか、何が使えないかの違いを直接的に意味します。現代の建築で最も一般的に使用されるコンクリートには、セメントやモルタルなどの原材料を混合する必要があります。モルタルは細か​​すぎるとダメなので、川砂が一般的に使われます。砂漠の砂は小さすぎて滑りやすいです。これを住宅建設に使用した場合、コンクリートの強度が基準を満たさなくなります。アラブ首長国連邦の首都ドバイは砂漠に位置しているが、建設のために大量の川砂を輸入しなければならない。

これに先立ち、新華社通信はドバイが砂を輸入しているというニュースを報じた。画像は新華網の記事「無視された『砂の危機』」より

海砂には塩分が多く含まれており、建築には適していません。海砂を使ってコンクリートを作ると、時間が経つと建物の壁や天井が剥がれ、内部の鉄筋が露出してしまいます。私の国の台湾省では、海砂で建てられた家は海砂家と呼ばれ、危険な建物になりやすいです。たとえ危険ではないとしても、これらの家の質は非常に悪いです。悪徳業者の中には、質の悪い海砂の家を良質なものとして販売する者もおり、それが紛争の原因となることも少なくありません。

砂漠の砂も海の砂も受け入れられないので、川の砂だけが唯一の選択肢となります。過去数十年間、あなたの故郷の近くに川があったら、砂を浚渫する船が行き来しているのをよく見かけたかもしれません。集められた川砂は建築に使われました。

川砂は多くの国が輸入する重要な建築資材です。かつて、中国経済が成長し始めた頃は、建設に必要な砂の量は限られていたが、川砂は無尽蔵に存在していたようだ。中国は外貨を稼ぐために、毎年川砂を輸出することもできる。その後、中国の都市化が加速するにつれ、中国は川砂の輸入国となった。川砂の価格も2倍になった。ニュースを調べてみると、ここ数年、川砂の流出を制限している地域もあることがわかります。その理由は川砂が貴重すぎるからです。

川砂の採掘現場。ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

さらに、川砂の採掘は実際に生態系に深刻なダメージを与えます。違法な砂採掘船は川底に穴を掘り、地元の生物に影響を及ぼすだけでなく、川底の地形を変え、下流の橋梁、堤防、パイプラインに影響を与え、地元の水質や水位に影響を与え、さらには河川の洪水制御を危険にさらします。そのため、2022年に中国共産党中央弁公庁と国務院弁公庁は「河川長制度の全面的実施に関する意見」を発表し、その中には違法な砂の採掘を一掃し是正するという内容も含まれていた。砂の不足により、砂の採掘で莫大な利益がもたらされました。砂の採掘は、厳密に管理されなければ大きな問題を引き起こす可能性があります。

これを見ると、3人の科学者の意図がわかるでしょう。
砂の量だけで言えば、多くの場所には十分あります。しかし、家を建てるには川砂が足りないかもしれない。砂の一部をおむつなどのゴミに置き換えることは、ゴミを減らすことの二次的な効果かもしれません。まず第一に砂そのものを救うことです。この論文では、廃棄物をリサイクルするこの方法は、貧しい地域で安価な資材を使って頑丈な建物を建てるのにも使えるかもしれないとも述べられている。この研究は、砂に代わる他の安価な材料を探求し続ける価値があるようです。

砂は他に何に役立つのでしょうか?

建設に使用される川砂について話した後、すでに次のレベルについて考えている人もいます。先ほども申し上げましたように、我が国では砂が不足しておりまして、現在は輸入に頼らざるを得ない状況でございます。利用できる砂が不足するでしょうか?それとも、そのような最も一般的なものが詰まっているためにインポートがブロックされる可能性はありますか?

この質問に答えるには、砂の一般的な用途をいくつか見てみる必要があります。現状では、コンクリートの砂を除き、他の建設資材に不足はありません。コンクリートには砂に対する特別な要件があり、機械で岩を粉砕して人工砂を作るなどの他の解決策もあります。この方法で生産された砂は、当然ながら、自然が作り出した川砂ほど安くはありません。しかし、このアプローチを取らずに川から水を採取し続けると、被害はさらに大きなものになる可能性があります。

砂には他に 2 つの用途があります。1 つは不純物を取り除くこと、もう 1 つはシリカからガラスを作ることです。この工程では川砂は必要なく、現時点では砂不足の心配はありません。もう 1 つは非常に重要で、砂からシリコンを抽出し、それを半導体材料として使用してチップを製造することです。この砂は高純度の石英砂であり、光ファイバー、太陽電池、光学機器、半導体などの分野で使用できます。

砂は建設業界だけでなく、半導体製造などの技術分野でも重要な役割を果たしています。ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

2010年以前、私の国は、非常に純粋な石英砂を生産できる巨大な鉱山を持つアメリカの会社から、高純度の石英砂を輸入する必要がありました。 2010年以降、わが国は国産品と輸入品の両方を使用して、独自の高純度石英砂生産能力を確立し、もはや同じ企業に依存しなくなりました。これを見ると、高純度の石英鉱石などの資源が少数の外国企業によって支配されることはないと安心できます。
要するに、砂が足りないのです。これは本当の危機であり、主な原因は建設に使用される高品質の砂がますます少なくなっていることです。

私の国は砂の生産の問題を解決しながら、違法な砂の採掘を取り締まっています。しかし、砂が貴重になるという問題はなくなることはなく、慎重に使用する必要があります。最後に、半導体産業や太陽光発電産業に必要な高純度の石英砂も重要な資源です。私の国には現在、生産能力と複数の輸入チャネルがあります。ほんの小さな砂でも資源問題を引き起こします。今後は「おむつで家を建てる」という研究がどんどん進むかもしれません。

著者: 陳超、北京師範大学認知神経科学修士

レビュー丨Zhu Xuanxuan、北京市政工程設計研究院有限公司シニアエンジニア