シリカフュームの有無で細骨材として電子プラスチック廃棄物を利用したコンクリート：実験とライフサイクル評価

古い電子機器を新しい建築へ

世界は毎年、膨大な量の電子機器を生産しており、それに伴って大量のプラスチック筐体が廃棄されています。これらの電子プラスチック廃棄物の多くは埋め立てられるか焼却され、有害物質を放出し、貴重な資源が失われています。本研究は意外な代替案を検討します：キーボード、プリンター、コンピュータなどの古い機器から回収したプラスチックを粉砕してコンクリートに混ぜることで、天然の砂の使用量を減らし、電子廃棄物による環境負荷を軽減できる可能性を探ったのです。

なぜプラスチックとコンクリートは一見相性が悪いのか

コンクリートは現代建築の基礎であり、地球上で最も多く用いられる材料の一つです。その主要成分はセメント、水、砂や砂利といった骨材です。この砂を大規模に採取すると河床の侵食や生態系の攪乱を招きます。一方で、特にアジアでは電子プラスチック廃棄物が増え、その多くが十分にリサイクルされていません。著者らは、天然砂の一部を電子廃棄物由来の微粉化したプラスチックに置き換えることで、両方の問題に同時に対処できると考え、さらに工業副産物で非常に微細なシリカフュームが混合性の改善に寄与するかを検証しました。

新しい配合の設計と試験方法

研究者らは、廃棄された電子機器から主に工学用プラスチックであるABS製の筐体を回収しました。これを洗浄、粉砕、篩分して砂粒サイズにし、標準的なコンクリート配合の天然砂の5％、10％、15％、20％をそれぞれ置換しました。別の系列ではセメントの10％をシリカフュームで置換した配合も作成しました。シリカフュームは非常に微細な粉末で、コンクリート中の隙間に詰まる特性があります。合計で10種類のコンクリートが作られ、最大56日間養生ののち、圧縮強度、曲げ強度、割裂強度といった強度試験、超音波やリバウンドハンマーによる非破壊検査、耐久性を評価する吸水性や塩化物イオン浸透性などの試験を受けました。微視的観察により、プラスチック粒子と周囲のセメントペーストとの付着状態も明らかにしました。

強度と耐久性に起きる変化

砂の代わりにプラスチックだけを用いたコンクリートは、プラスチック含有量が増すほど強度が低下し、空隙が増える傾向がありました。プラスチックの滑らかで撥水性のある表面はセメントとの接触面に微細な隙間を生み、付着が弱くなって内部空隙が増え、水や塩類が侵入しやすくなります。20％の置換では強度と剛性が明確に低下し、吸水性と塩化物透過性が増加しました――いずれも長期耐久性にとって警戒すべき兆候です。一方でシリカフュームを添加すると状況は好転しました。微細な粉末がセメント水和に伴う副生成物と反応してプラスチック粒子周辺の隙間を埋め、より緻密で結びつきの良い微細構造を形成しました。プラスチックとシリカフュームを併用した一部の配合は、実際に従来のコンクリートより良好な性能を示しました。5～10％のプラスチックと10％のシリカフュームを組み合わせた配合は、56日後に圧縮・引張・曲げ強度のいずれも従来配合を上回る結果を示しました。

配合見直しによる環境面での効果

これらの“より環境に優しい”コンクリートが実際に地球環境に寄与するかを調べるため、研究チームは各配合についてライフサイクルアセスメント（LCA）を実施しました。対象はプレキャスト工場での生産段階に焦点を当てています。天然砂を20％電子プラスチック廃棄物で置換すると、総合的な環境負荷は約5％低減し、地球温暖化影響は約1.4％削減されました。これはコンクリート1立方メートル当たり約4〜5キログラムの二酸化炭素排出削減に相当します。シリカフュームをセメントの部分置換として含めると、シリカフュームの製造に要するエネルギーの影響で一部の影響カテゴリはやや増加しました。しかし、単位強度当たりの炭素フットプリントは大きく改善しました。具体的には、シリカフューム10％とプラスチック15〜20％を組み合わせた配合が、本研究で最も気候効率の高いコンクリートを示し、より少ない気候影響でより高い強度を提供しました。

今後の建築への示唆

一般読者に向けた結論は明快です：慎重に設計すれば、古い電子機器は新しい持続可能なインフラの材料になり得ます。砂の一部を電子プラスチック廃棄物で置き換え、シリカフュームでバランスを取ることで、強く耐久性があり、気候負荷がやや低いコンクリートを得ることができます。本研究で最も良好な性能を示した配合は、電子プラスチック廃棄物10％とシリカフューム10％の組み合わせで、従来コンクリートと同等かそれ以上の性能を示し、砂資源への圧力を和らげつつ排出削減に寄与しました。長期的な安全性の確認や建築基準の改定など更なる検討は必要ですが、本研究は、壁や排水溝、沿岸構造物の一部に新たに採掘された砂ではなく、昨日棄てられた電子機器由来の材料が使われる未来を示唆しています。

引用: Omran, S., Sisupalan, S., Alyaseen, A. et al. Utilization of electronic plastic waste as fine aggregate with and without silica fume in concrete: experimentation and life cycle assessment. Sci Rep 16, 5723 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35491-9

キーワード: 電子廃棄物コンクリート, 再生プラスチック骨材, シリカフューム, 持続可能な建設, ライフサイクルアセスメント