「フローズンスモーク」がガラスレンガを強くし、断熱性を高める

1930 年代に発明された材料が建物の建設方法にどのような革命をもたらすか

NASA のスターダスト計画は、彗星の尾から塵を収集し、地球に戻すことに成功しました。 ... [+] 収集媒体として使用されるエアロゲルは JPL で開発されました。 この 2002 年の写真は、スターダスト宇宙船の飛行試験で使用されたトレイを持つピーター・ツォウ博士です。 スターダストで使用されているものと同じです。 (写真提供: Ken Hively/ロサンゼルス・タイムズ、ゲッティイメージズ経由)

1999 年、NASA は、遠く離れた彗星の尾から塵のサンプルを収集し、それらのサンプルの一部を地球に持ち帰るという野心的な使命を持った宇宙船を打ち上げました。 ケープカナベラルから打ち上げられてから 1 年後、スターダスト宇宙船は最初の星間塵を収集しました。 それから 4 年後、それは目標である彗星 81P/ワイルド (ワイルド 2 としても知られる) に到達し、サンプルコレクターを配備しました。 「特大のテニスラケットにセットされた金属製の製氷皿」のように見えると形容されるこのコレクターの主成分は、驚くべき軽量で半透明の発泡体であるシリカエアロゲルでした。 塵の粒子がエアロゲルに衝突すると、粒子はエアロゲルの中に埋まり、ゆっくりと減速して停止します。 エアロゲルは粒子を所定の位置に保持し、保存しました。 2006 年にサンプル帰還カプセルが最終的に地球に帰還したとき、そのカプセルには数万個の粒子が含まれており、研究者や一般の人々が太陽系の構成要素の一部を研究できるようになりました。

60 年以上前に発明されたエアロゲルは、これまで知られている中で最も軽い固体材料の 1 つです。 さまざまな化合物から作ることができますが、シリカをベースにしたものが最も一般的です。 これを作るには、二酸化ケイ素と溶媒を組み合わせて、Jell-O に構造的に似た湿った多孔質ゲルを生成します (ただし、だまされないでください。これは食用ではありません*)。 次に、超臨界乾燥と呼ばれるプロセスを経て、流体 (二酸化炭素など) の存在下でゲルを加圧および加熱します。 正しく行われると、構造を損傷することなく、ゲルから液体が除去され、空気と置換されます。 固体ではあるが非常に低密度のゲルの骨格が残され、エアロゲルに有名な幽霊のような外観が与えられます。 シリカ エアロゲルには「凍った煙」や「固体雲」などのニックネームが付けられており、気孔率が 90 ～ 99.8% の間であるため、エアロゲルは実際にはほとんどが空気です。 これにより、超軽量になるだけでなく、 それはまた、それらが効果的な断熱材になる可能性があることを意味します。

そして、ここはシリカエアロゲルが地球上で最も多く使われている場所です。

建物のエネルギー効率を高めることは、低炭素の未来への移行の重要な部分です。 この分野の現状は良くありません。 国際エネルギー機関によると、建物の運営は世界のエネルギー消費のなんと 30% を占めています。 そして国連環境計画は、この割合は近年減少するどころか、依然として増加していると言っています。 建物のエネルギー需要は 2020 年から 2021 年の間に約 4% 増加し、過去 10 年間で最大の増加となりました。

その一部は、都市人口の増加、つまりより多くの人々、より多くの建物によって引き起こされていますが、高いガラス張りの超高層ビルに対する私たちの執着も影響しているようです。

断熱材は建物の熱性能を向上させるのに役立ちます。 写真家: セルジオ・フローレス/ブルームバーグ

建物のエンベロープ (外殻) の設計とその構築に使用される材料は、建物の最終的なエネルギー消費に大きな影響を与えます。 壁、床、天井、窓、階段の吹き抜け、ドア、エレベーター シャフト、屋根が組み合わされて、構造全体の熱性能が決まります。 これにより、その建物が入居した後に快適な室内温度を維持するためにかかるコストが決まります**。

断熱性能を高めるということは、一般に断熱材の厚さを増やすことを意味します。 コンクリート、木、レンガなどで作られた不透明な壁の場合は問題ありません。 市場には、廃棄物から作られたものやエアロゲルから作られたものなど、数え切れないほどの断熱材があります。