細菌に砂を「焼かずに」固めさせて、建築の部材を作る。砂と生きた細菌を混ぜたインクを3Dプリントして2〜5日漬ける方法と、ロボットが吹き付けて6か月止まらずに積み上げる方法

2026.10.30
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セメントを作るには、石灰岩を1,000℃以上で焼く必要があります。この工程が、建設業で最大級の二酸化炭素の排出源になっています。スイスの ETH チューリッヒで博士論文を書き上げた建築家の Karen Antorveza Paez さんは、焼く代わりに「細菌に固めさせる」方法で、建築の部材を作る研究をまとめました。砂と生きた細菌を混ぜたインクを3Dプリントする方法と、ロボットアームで吹き付けて6か月間休みなく積み上げる方法の2つです。論文は2026年5月に npj Materials Sustainability と Architectural Intelligence に掲載され、ETH チューリッヒが10月14日に紹介記事を出しました。

細菌が作る「鉱物の糊」

使うのは、土壌にいる Sporosarcina pasteurii という細菌です。この細菌は尿素を分解する酵素を持っていて、尿素を分解すると炭酸イオンが出ます。そこにカルシウムがあれば、炭酸カルシウムができます。石灰岩やチョーク、貝殻と同じ鉱物です。

砂粒のあいだでこれが起きると、砂粒の表面に微小な炭酸カルシウムの結晶が育ち、隣の砂粒の結晶と噛み合って、砂を固めます。接着剤のように表面でくっつくのではなく、結晶どうしが機械的に組み合って砂粒を押さえている、と Antorveza Paez さんは説明しています。この現象は「微生物誘導炭酸カルシウム析出」、略して MICP と呼ばれ、英語ではバイオセメンテーションとも言います。

仕組みそのものは新しくありません。この細菌はゆるい地盤を固める地盤改良の研究で長く使われてきましたし、コンクリートに細菌の芽胞を混ぜておいてひびを自分でふさぐ「自己修復コンクリート」の研究でも知られています。Antorveza Paez さんが新しかったのは、これを既存の材料の添加物ではなく、建築材料そのものとして扱い、形を自由に作れる製造方法と組み合わせたことです。

方法その1：細菌入りのインクで3Dプリントする

1つめの方法は、3Dプリントです。研究チームは、水にアルギン酸とキサンタンという天然のゲル化剤を溶かし、そこに砂と生きた細菌を混ぜた「バイオインク」を作りました。ふつうの3Dプリント用のペーストと同じように、ノズルから押し出して好きな形に積み上げられます。

積み上げた段階では、まだやわらかい砂の塊です。これを尿素と塩化カルシウムを溶かした液に漬けます。ここで細菌が働き始め、尿素を分解して、砂粒のあいだに炭酸カルシウムの結晶を育てていきます。液は毎日新しいものに替えて、細菌が材料を使い切らないようにします。漬ける期間は、求める強さによって2日から5日。その後、室温で乾かせば、細菌は働きを止め、鉱物の塊だけが残ります。熱はいっさい使いません。

Antorveza Paez さんはこれをケーキ作りにたとえています。生地はやわらかくて崩れやすく、オーブンに入れてはじめて固まる。この方法では、オーブンの役を細菌が引き受けます。できた部材は、日よけや間仕切りに使うファサードの要素として試作されました。論文では、数十センチメートルの大きさの多孔質の構造物を印刷し、細菌の鉱物化が層と層の密着を強め、押し出し式の3Dプリントの弱点である層のはがれや収縮を抑えることを示しています。

細菌に砂を「焼かずに」固めさせて、建築の部材を作る。砂と生きた細菌を混ぜたインクを3Dプリントして2〜5日漬ける方法と、ロボットが吹き付けて6か月止まらずに積み上げる方法

方法その2：ロボットが吹き付けて、6か月止まらない

2つめの方法は、漬ける工程をなくしたものです。ロボットアームが、細菌、鉱物化のための薬剤、砂を順番に表面へ吹き付け、層を重ねて高さを出していきます。手本にしたのはストロマトライトです。微生物が長い年月をかけて鉱物を積み重ねてできる、縞模様の岩石です。

この方法は2025年のヴェネツィア建築ビエンナーレで、6か月のあいだ止めずに動かし続けられ、来場者は材料が育っていく様子をそのまま見ることができました。論文の全尺の実証機は1.2メートル×0.5メートルの範囲に吹き付けを続け、最大で24センチメートルの高さまで積み上げ、合計で1立方メートルを超えるバイオセメントの材料を作りました。できた材料の炭酸カルシウムの割合は76.9〜86.0% で、場所によるばらつきはプラスマイナス10〜15% に収まっています。

3Dプリントは形の複雑な部材に、吹き付けは広い面に向いていて、2つは補い合う関係です。研究の進み具合は違い、プリントのほうは材料科学として「どのインクが使えるか」まで詰められていますが、吹き付けは3つの材料の流れを制御する機械の側に重心があり、中で砂粒と結合材がどう並んでいるかといった力学的な性質の研究はこれからだと、Antorveza Paez さんは述べています。

細菌に砂を「焼かずに」固めさせて、建築の部材を作る。砂と生きた細菌を混ぜたインクを3Dプリントして2〜5日漬ける方法と、ロボットが吹き付けて6か月止まらずに積み上げる方法

まだモルタルであって、コンクリートではない

ここまで読むと、砂の城がそのまま建物になりそうに聞こえますが、研究チームは慎重です。いま作れるものの強さは、レンガどうしをつなぐモルタルに近く、床や柱や基礎を支えるコンクリートにはまだ届きません。コンクリートの配合、つまりどの大きさの砂利と砂をどんな割合で混ぜるかは、100年以上かけて磨かれてきました。バイオセメントでは、その作業がまだ始まったばかりです。

もうひとつ、見過ごせない副産物があります。細菌が尿素を分解すると、炭酸イオンと一緒にアンモニウムが出ます。アンモニウムは環境に有害で、漬け液の廃棄をどうするかを設計に組み込まなければ、バイオセメントは思うほど持続可能な材料にならない、と Antorveza Paez さん自身が指摘しています。現在は、この環境負荷を扱う3本目の研究に取り組んでいるそうです。

「バイオセメントが使えるかどうかは、もう問いではない。問いは、その性質をどこまで制御できるかだ」。Antorveza Paez さんはそう締めています。細菌という「オーブン」は、まだ火加減を覚えている途中です。

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