エアロゲルを使用した持続可能で手頃な価格の建物断熱材

気候目標を達成したいのであれば、CO2排出量を計画的に削減する必要があります。建物の断熱はその重要な部分です。オーバーハウゼンにあるフラウンホーファー環境安全エネルギー技術研究所 UMSICHT の研究者は、PROCERAM GmbH & Co. KG と協力して、ポリスチレンなどのオプションよりもはるかに効果的で、持続可能で手頃な価格の鉱物ベースの断熱材の開発に取り組んできました。この材料は、わずか半分の層厚でポリスチレンと同レベルの断熱性を実現できます。この功績により、開発チームの 3 人のメンバーが 2023 年のジョゼフ・フォン・フラウンホーファー賞を受賞しました。

99.8% が空気で構成されているエアロゲルは、世界で最も軽く、最も効果的な断熱材です。また、無害な原料である二酸化ケイ素から作られているため、持続可能であり、石油化学製品を使用せずに製造することができます。しかし、これまでは障害があった。従来のエアロゲルの製造はコストと時間がかかるため、エアロゲルを断熱材として使用するにはあまりにも高価すぎた。これは、これまでのところ、主に宇宙服などのニッチな用途に使用されていることを意味します。

PROCERAM GmbH & Co. KG は、この課題をチャンスと捉え、手頃な価格のエアロゲルを大量生産するという目標を設定しました。代替の化石ベースの材料よりも効果的な断熱材である、手頃な価格の不燃性の鉱物断熱材を作成できれば、断熱分野に革命が起こるでしょう。この目的を達成するために、起業家たちはフラウンホーファー UMSICHT の専門家に連絡し、協力して 6 年以内にエアロゲルを製造するための新しい製造プロセスを作成しました。同社のシステムは、環境に有害な化学物質を一切使用せずに、実験室から商業化前の生産レベルまで完全にスケールアップできます。また、新しいプロセスにより、以前は高価だったエアロゲルの製造コストが 70% 削減され、製造時間は 10 時間以上からわずか 2.5 時間に短縮されました。

フラウンホーファーUMSICHTのニルス・メルダース氏とアンドレアス・センゲスペク氏、およびPROCERAM GmbH & Co. KGのクリストフ・ドウォラツィク氏は、その功績が讃えられ、2023年ヨーゼフ・フォン・フラウンホーファー賞を受賞する予定です。

この規模でのエアロゲルのコストと製造時間を削減するために、研究チームは製造プロセスに焦点を当てました。通常、エアロゲルはゾル（ゲルを形成するために酸が添加された、細かく分散された固体粒子を含む媒体）を使用して製造されます。 1 kg のエアロゲルを製造するには、約 6 kg の酸が必要です。これらの腐食性物質は環境に悪影響を与える可能性があります。次にゲルは熟成され、溶媒交換を受け、最後に乾燥されます。「私たちは常に既存の最先端技術に挑戦してきました」とメルダース氏は説明します。「超臨界二酸化炭素は性質上気体と液体の中間にあり、これまでは乾燥のみに使用されていましたが、当社ではプロセスのあらゆる段階で使用しています。つまり、酸の使用を完全に排除できるのです。」原材料さえも持続可能性の要件を満たしています。研究者らは、高価で健康に有害な確立された変種とは対照的に、容易に入手でき、安価で無毒な 20 種類以上のシリカゾルをテストしました。

建物用の断熱材を作成するプロセスの最終段階では、エアロゲルが 2 ～ 4 ミリメートルの大きさの粒子に砕かれ、純粋な鉱物石膏に混合されます。この混合物は優れた断熱性と物理的特性を備えており、ポリスチレンやミネラルウールなどの従来の断熱材よりも優れています。「エアロゲルを石膏に混ぜると、ポリスチレンと比較して熱伝導率を 2 分の 1 に下げることができます。これは本当に大きなことです。したがって、私たちが手に入れたのは、純粋に鉱物から作られた非常に効果的な断熱材です」と Dworatzyk 氏は明かします。これは、ポリスチレンのシートの半分の厚さのエアロゲル材料のシートが同じレベルの断熱性を達成できることを意味します。そして、別の利点もあります。「ここでは、循環物質経済に戻すことができる、つまりリサイクルできる、砂や石灰などの材料のみを使用しています」とセンゲスペック氏は説明します。したがって、新しい生産プロセスは、建築技術分野と気候保護の両方において大きな可能性を秘めています。

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