バイオロック（シークリート[1]とも呼ばれる）は、セメントのような工学材料で、海水中に設置された水中金属電極間に微弱な電流を流すことで、溶解した鉱物が陰極上に析出し、厚い石灰岩層を形成することで生成されます。この「析出プロセス」は、建築材料の製造や、サンゴなどの海洋生物のための人工的な「電気サンゴ礁」の作成に利用できます。1976年にウルフ・ヒルベルツによって発見されたバイオロックは、現在は失効している特許と商標によって保護されています。
歴史
1970年代、建築家出身のウルフ・ヒルベルツ教授は、テキサス大学建築学部で貝殻とサンゴ礁を研究していました。彼は、人間がサンゴの成長を模倣する方法について考えていました。1975年の予備研究の後、1976年に彼は塩水に電流を流すと、時間の経過とともに石灰岩を含む様々な物質の厚い層が陰極に堆積することを発見しました。その後の実験では、電流が流れている限り、このコーティングは年間5cmの割合で厚くなることが示されました。
ヒルベルツの当初の計画は、この技術を用いて海中に低コストの構造物を構築することでした。彼は1979年に技術誌にその基本理論を詳述しました[2] 。彼は、このプロセスは誰でも商業的に利用できるように特許を取得すべきではないと考えていました。しかし、幾度となく挫折した後、彼はマリン・リソーシズ・カンパニーという会社を設立し、ベンチャーキャピタルを調達し、バイオロックに関する特許を多数申請しました[3] [4] 。
1982年にマリン・リソーシズ・カンパニーを解散し[5]、トーマス・J・ゴローと出会った後、人工サンゴ礁（または電気サンゴ礁）の造成に注力するようになった。ヒルベルツはゴローと提携し、2007年にヒルベルツが死去した後もゴローはサンゴ礁の修復とバイオロックの作業を継続した。
プロセス
陰極で起こる化学反応は以下の通りである。炭酸カルシウム（アラゴナイト）がマグネシウム、塩化物、水酸化イオンと結合し、陰極の周囲にゆっくりと析出し、オキシ塩化マグネシウムセメントに似た組成の厚い層でコーティングする。時間の経過とともに、陰極防食により陰極の塩化物イオン（Cl-）が溶解した重炭酸塩（HCO3-）に置き換わり、コーティングは多孔質構造を通して酸素ガスが発生しながらハイドロマグネサイト-アラゴナイト混合物に硬化する。圧縮強度は3,720～5,350 psi（25.6～36.9 MPa）と測定されており 、歩道に使用されるコンクリートに匹敵する。 [6]この物質は急速に成長し、経年変化で強度を増し、通電中は自己修復する。このプロセスでは、二酸化炭素を隔離するのではなく、大気中に排出する。[7]
低電流の直流電圧（多くの場合4ボルト未満）で供給される電流は、連続的、パルス的、または断続的に供給され、小型浮体式太陽光発電パネルアレイなどの低コストの統合型再生可能エネルギー源から近隣で発電することができます。1キロワット時の電力で、水深、電流、塩分濃度、水温などのパラメータに応じて、約0.4～1.5キログラム（0.9～3.3ポンド）のバイオロックが生成します。[8] [9]
電気を帯びたサンゴ礁
電気化されたサンゴ礁は、バイオロックプロセスを用いて構築できます。このプロセスは、サンゴが繁茂する基盤を提供し、自然のサンゴ礁に非常に似ています。サンゴ礁の構造要素は、低コストの鉄筋金属で構築でき、その上に岩石が形成されます。岩石は、場所と目的に適した形状で現地で作成できます。電力は、この大きな金属構造（陰極）と、はるかに小さな陽極の間で供給されます。サンゴは、陰極の周囲に形成される電気化され酸素化されたサンゴ礁環境からも恩恵を受けます。高濃度の溶存酸素は、特に魚類などの海洋生物にとって非常に魅力的です。
特許
- US 4246075 「大規模表面構造、建築部品および要素の鉱物蓄積」1981年（失効）
- US 4440605 「鉱物付着による鉄筋コンクリート構造物の修復」1984年（失効）
- US 4461684 「生分解性物質の付着コーティングおよび鉱化」1984年（失効）
- US 5543034 「水生生物の成長を促進する方法、およびそれにより生成される構造」1996年（失効）
商標
「バイオロック」という用語は2000年から2010年まで商標保護されていましたが、現在は制限なく使用できます。[10]
参考文献
- ^ 「シークリートの熱特性、水分特性、機械特性：持続可能な海産建築材料」Researchgate、2020年10月。
- ^ Hilbertz, W. H, et al., "Electrodeposition of Minerals in Sea Water: Experiments and Applications", IEEE, Journal of Oceanic Engineering , Vol. 4, No. 3, pp. 94–113, 1979年7月
- ^ 「海水中で『成長する』建物」クリスチャン・サイエンス・モニター、1980年4月21日。
水中堆積は、港湾施設の水中杭を保護・補強し、鉄筋コンクリートのひび割れを補修するための安価な方法となる可能性がある。防波堤や船舶係留施設の建設にも利用できる可能性がある。ヒルベルツ氏はまた、陸上建設のために建築部材を水中で成長させることや、シンプルな設計で完全な構造物を作ることも構想している。
- ^ 「建物を育てる：鉱物の集積による水中建築」マザーアースニュース、1980年3月。
- ^ 「Marine Resources Company」. Open Corporates .
- ^ Hilbertz, WH; et al. (1979年7月). 「海水中の鉱物の電気めっき：実験と応用」. Journal of Oceanic Engineering . 4 (3): 94– 113. Bibcode :1979IJOE....4...94H. doi :10.1109/JOE.1979.1145428.
- ^ 「FAQ」。Global Coral Reef Alliance 。 2021年1月5日閲覧。
石灰岩（またはバイオロック）は大気中のCO2吸収源でしょうか？いいえ！吸収源です。これは複雑な問題であり、一見すると魅力的ですが、誤解を招くほど単純で、多くの人が誤解しています。石灰岩の堆積によって海から溶存無機炭素が除去されるため、大気中のCO2分子が海に溶解することでその分が補われるのは直感的に明らかですが、実際には逆のことが起こります。その理由は、海には重炭酸イオンの形で溶存無機炭素が大気中のCO2よりもはるかに多く存在し、海はpH緩衝システムであるためです。
- ^ オルテガ、アルバロ (1989). 「基礎技術：シェルターのための鉱物集積。建築資源としての海水」(PDF) . MIMAR Architecture in Development . 32 : 60–63 .
- ^ バルボサ、エンリケ・アマト (1994)。 「エスタジオ・プレリミナー・デ・ラ・アクレシオン・マリーナ」。Revista Arquitectura y Urbanismo。15 (243)。
- ^ 「BIOROCK - 商標の詳細」。Justia商標。
出版作品
- ヒルベルツ, WH,海洋建築：もう一つの選択肢, Arch. Sci. Rev., 1976
- ヒルベルツ、WH、「鉱物集積技術：建築と養殖への応用」、D.フレッチャーとC.クラウス共著、インダストリアルフォーラム、1977年
- ヒルバーツ、WH、「成長する環境の構築」、The Futurist（1977年6月）、148-49ページ
- Hilbertz, WH et al.,海水中の鉱物の電気めっき：実験と応用, IEEE Journal on Oceanic Engineering, Vol. OE-4, No. 3, pp. 94–113, 1979
- オルテガ、アルバロ、「基礎技術：シェルターのための鉱物集積。建築資源としての海水」、MIMAR 32：開発における建築、第32号、60～63頁、1989年
- ヒルベルツ、WH、「地球温暖化を緩和するための海水からの太陽光発電建築資材」、Building Research & Information、第19巻、1991年7月第4号、242～255ページ
- Hilbertz, WH,海水から生成した太陽熱建築材料は炭素の吸収源となる, Ambio 1992
- バルボーザ、エンリケ アマト、Revista Arquitectura y Urbanismo、Vol. 15、いいえ。 243、1994
- Goreau, TJ + Hilbertz, WH + Evans, S. + Goreau, P. + Gutzeit, F. + Despaigne, C. + Henderson, C. + Mekie, C. + Obrist, R. + Kubitza, H.、Saya de Malha Expedition、2002 年 3 月、101 ページ、Sun&Sea eV ハンブルク、ドイツ、2002 年 8 月
外部リンク
- ウルフ・ヒルベルツのウェブサイト
- 世界サンゴ礁同盟
