廃セラミックと廃タイヤを利用した電磁干渉（EMI）シールド用セメント床タイル

廃棄物を保護タイルへと変える

現代生活は携帯電話の基地局から家庭のWi‑Fiに至るまで電子機器に依存しており、それらが発する電波は敏感な機器に干渉したり、長期曝露への懸念を生むことがあります。一方で都市は壊れたセラミックタイル、使い古された自動車用タイヤ、金属加工場から出る粉じんであふれています。本研究はこれらの一般的な廃棄物を頑丈なセメント製の床・屋根タイルに変え、資源を節約すると同時に望ましくない電磁波を遮蔽するという二つの問題を同時に解決する方法を探ります。

建築物や自動車由来の廃材が重要な理由

建設や解体現場では腐らず現場で再利用が難しいセラミックの壁・床タイルが大量に発生し、通常は埋立地に送られます。古タイヤも別の厄介者で、年間約15億本が寿命を迎え、土地を占有し火災や汚染のリスクをもたらします。同時に産業界では切削や研削の副産物として微細な鉄切粉や粉末が生じます。それぞれ単独でも大きな問題ですが、これらをまとめて利用できれば未利用の有用資源になります。エジプトの研究チームは、屋外使用、特に強い電磁波にさらされる屋根用途を念頭に、これら三種の廃材を混合して新しいセメント系タイルを作ることを目指しました。

新しいタイルの製造と試験方法

チームは浴室や台所の改装から出るセラミックガラを収集し、壁・床タイルを微粉末に粉砕して、廃タイヤのクラムラバーや地元で調達した廃鉄粉と混合しました。これらの材料はセメントモルタルで通常使われる天然砂の一部を置き換えます。小さな立方体や梁状の試験体を鋳造して28日間まで養生し、その後、密度、水吸収、曲げや圧壊に対する耐性といった実建築での性能を決める主要な特性を試験しました。顕微鏡やX線手法で内部構造と鉱物組成を調べ、非常に高感度な計測器で電気伝導性とXバンドのマイクロ波（レーダーや通信に関連する周波数帯）に対する遮蔽性能を測定しました。

強度、軽さ、水の吸収のバランス

結果は、単にセラミックとゴム廃材を加えるとセメントが軽くなる一方で多孔化も進むことを示しました。廃材の割合が増えると密度が下がり水吸収が上がり、これは材料内部に余分な空隙が生じたことを示します。軽量化には有利ですが、多孔性が高すぎると強度が低下します。ここで効果を発揮したのが廃鉄粉でした。少量の超微細な金属粉末を導入すると、セメント粒子と廃材粒子の間の微細な隙間を埋め、より密で均一な内部構造を作りました。廃鉄を約10％含むタイルは、標準的なセメント混合物と比べて圧縮強度と曲げ強度が向上し、水吸収も許容範囲まで低下しました。顕微鏡写真は、鉄を加えた試料でより滑らかで緻密に詰まったマトリックスを確認させました。

単なるタイルから目に見えないシールドへ

基本的な強度に加え、本研究はこれらのタイルを迷い込む電磁波に対する機能的なシールドに変えることに焦点を当てました。通常のセメントは電気的には絶縁体のように振る舞いますが、鉄粉を加えることで材料はわずかに導電性を持つ「帯電防止」範囲に近づき、静電気を安全に逃がす必要のある床材に適した性質になります。さらに遮蔽性能を高めるため、研究者らはタイル内部に薄い金属メッシュを埋め込みました。10 GHzでの試験ではメッシュ単体で入射放射の約99％を遮断できました。これをセメント中に分散した廃鉄粒子と組み合わせると遮蔽性能は飛躍的に向上し、いくつかの配合では約48 dBの減衰を示し、入射電磁エネルギーの99.99％以上を遮断することに相当しました。

建築と地球にとっての意義

実用的には、本研究はリサイクルされたセラミック、タイヤゴム、鉄廃材から作った屋根・床タイルが、標準的な機械的性能に匹敵またはそれ以上であり、電磁干渉に対する内蔵の保護機能を提供できることを示しています。最良の配合はエジプトおよび欧州の外部用セメントタイルの基準に合致しており、携帯基地局や工場、敏感な電子機器近傍の建物での実使用が現実的です。解体や産業廃材で天然砂の一部を置き換えることで、原料需要の削減、採石に伴う炭素排出の低減、埋立地へのしつこい廃棄物の流入を減らします。一般の人にとっての要点は明快です：研究者たちは日常の廃棄物を取り出し、目に見えない電子ノイズから設備と居住者を静かに守るスマートな建材へと設計できることを示しました。

引用: Ramadan, R.M., Shafik, E.S., Youssef, N.F. et al. Cement floor tiles based on waste ceramic and waste tires for EMI shielding. Sci Rep 16, 13904 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48682-1

キーワード: EMIシールド, リサイクル建材, 廃タイヤゴム, セラミックタイル廃材, セメント複合材料