主要成果
エルサレム・ヘブライ大学の研究チームは、植物ベースの結晶と特注のタンパク質を氷に添加することで、通常の氷よりも10倍強い「BioPykrete」と呼ばれる新素材を開発した。この素材は、破壊に至るまでに吸収できるエネルギーが通常の氷の70倍に達し、その強度はコンクリートに匹敵するという。本研究の成果は学術誌『Colloids and Surfaces B: Biointerfaces』に掲載された。
技術・詳細
BioPykreteは、分子レベルで材料間の結合を制御するアプローチを採用している。具体的には、以下の2つの成分を氷に組み込んでいる。
- セルロースナノクリスタル：植物の主要な構造材であるセルロースをナノ結晶化したもの。微視的な強化剤として機能し、氷の中での亀裂の広がりを抑制する。
- CBM3a-AFPIII：不凍タンパク質（AFP）と炭水化物結合モジュール（CBM）を組み合わせた特製タンパク質。セルロースナノクリスタルと氷を結合させる「接着剤」の役割を果たす。
生化学者のIdo Braslavsky氏によれば、単に繊維を混ぜるのではなく分子レベルでの接続を制御したことで、氷の強度だけでなく破壊挙動も変化したという。従来の氷のように突然粉々に砕けるのではなく、より多くのエネルギーを吸収し、徐々に変形する特性を持つに至った。
背景・業界の文脈
この技術は、第二次世界大戦中にイギリス海軍が計画した「Pykrete（パイクリート）」という概念を拡張したものである。Pykreteは木材パルプで強化した氷を用いて航空母艦を建造しようとした複合材料で、凍結状態を維持できればコンクリートと同等の強度を持つとされていたが、コスト増などの理由で計画は断念された。また、現代の建設業界は世界経済の基盤である一方、膨大な炭素排出と資源枯渇を招く主要な環境汚染源となっている。BioPykreteは、コンクリートや鋼材を必要とせず、氷と植物由来のセルロースを主原料とするため、低炭素かつ生分解性の高い代替材となる可能性がある。
今後の展望
研究チームは、この素材を北極や南極など、従来の建設手法の適用が困難な極寒の遠隔地における建設プロジェクトに活用することを目指している。現在は小規模な概念実証段階であり、今後は異なる条件下での長期的な耐久性の検証や、亀裂の伝播メカニズムの詳細な解析が必要とされる。また、凝固速度や凍結プロトコルの最適化、およびAFP-CBM変異体の開発により、さらなる高強度化が可能であると考えている。将来的には、カスタムタンパク質を用いて本来は混ざり合わない化合物（氷とセルロース）を結合させるこの手法が、梱包材や建設など幅広い分野に応用される可能性がある。
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