10倍環境に優しく、損傷に強い新しいタイプのガラス

LionGlass のサンプル。ペンシルベニア州立大学の研究者によって設計された新しいタイプのガラスで、製造に必要なエネルギーがはるかに少なく、標準的なソーダ石灰ケイ酸塩ガラスよりも損傷しにくいです。 クレジット: Adrian Berard/ペンシルバニア州立大学

世界的に見て、ガラス製造による影響は最も少ない 8,600万トン 年間二酸化炭素の量。 しかし、ペンシルベニア州立大学の研究者によって開発された LionGlass と呼ばれる新しいタイプのガラスは、この炭素排出量を 50% 削減する可能性をもたらします。 この革新的なガラスは、製造に必要なエネルギーがはるかに少ないだけでなく、従来のソーダ石灰ケイ酸塩ガラスよりも優れた耐損傷性を備えています。 この画期的な進歩を支えた科学者たちは最近特許出願を行い、LionGlass の市場投入に向けた最初の一歩を踏み出しました。

「私たちの目標は、ガラス製造を長期的に持続可能なものにすることです」とペンシルベニア州立大学材料科学工学部のドロシー・バット・エンライト教授であり、このプロジェクトの主任研究員であるジョン・マウロ氏は述べた。 「LionGlass は炭素を含むバッチ材料の使用を減らし、ガラスの溶解温度を大幅に下げます。」

ソーダ石灰珪酸ガラスは、窓ガラスからガラス食器に至るまで日常品に使われている一般的なガラスで、珪砂、ソーダ灰、石灰石の3つの基本素材を溶かして作られます。 ソーダ灰は炭酸ナトリウム、石灰石は炭酸カルシウムであり、どちらも溶ける際に熱を閉じ込める温室効果ガスである二酸化炭素（CO2）を放出します。

「ガラスの溶解プロセス中に、炭酸塩は酸化物に分解し、二酸化炭素を生成し、大気中に放出されます」とマウロ氏は述べた。

しかし、二酸化炭素排出量の大部分は、ガラスを溶かすのに必要な高温まで窯を加熱するのに必要なエネルギーから発生します。 LionGlass を使用すると、溶解温度が約 300 ～ 400 度低下します。 摂氏マウロ氏は、これにより従来のソーダ石灰ガラスと比較してエネルギー消費量が約 30% 削減されると説明しました。

LionGlass は環境に優しいだけでなく、従来のガラスよりも強度があります。 研究者らは、ペンシルベニア州のマスコット、ニタニー・ライオンにちなんで名付けられたこの新しいガラスが、従来のガラスよりも耐クラック性が高いことを知って驚いたと述べた。

一部のガラス パネル固定具は、ビッカース ダイヤモンド パイプに 1 キログラムの力負荷をかけてもガラスが割れないほど、非常に強い耐亀裂性を備えています。 LionGlass は、約 0.1 キログラムの力で亀裂が生じる標準的なソーダ石灰ガラスよりも少なくとも 10 倍の耐亀裂性を備えています。 研究者らは、LionGlass の限界はまだ見つかっていない、なぜなら押し込み装置が許容する最大荷重に達しているからだと説明した。

マウロ氏の研究室の博士研究員であるニック・クラーク氏は、「装置が許容する最大負荷に達するまで、LionGlass の重量を増やし続けました」と述べた。 「それは決して壊れません。」

マウロ氏は、耐クラック性はガラスのテストにおいて最も重要な品質の 1 つであると説明しました。これは、材料が最終的に破損する原因となるためです。 時間が経つと、ガラスの表面に小さな亀裂が生じ、それが弱点となります。 ガラス片が破損する場合、それは存在する微小な亀裂によって引き起こされる脆弱性が原因です。 同氏は、そもそも微小亀裂が発生しにくいガラスには特に価値があると付け加えた。

「耐損傷性はガラスの特に重要な特性です」とマウロ氏は言います。 「自動車やエレクトロニクス産業、建築、光ファイバーケーブルなどの通信技術において、私たちがどのようにガラスの強度に依存しているかを考えてみてください。医療の分野でさえ、ワクチンは強力で耐薬品性のガラス容器に保管されています。」

マウロ氏は、LionGlass の強度が向上することで、LionGlass から作られた製品がさらに軽量になることを期待しています。 LionGlass は現在のガラスよりも損傷に対する耐性が 10 倍高いため、大幅に薄くすることができます。

マウロ氏は「厚みを減らしながらも、同じレベルの耐損傷性を持たせる必要がある」と語った。 「製品が軽量であれば、使用する原材料が減り、製造に必要なエネルギーも少なくて済むため、環境にとっては良いことになります。下流の輸送においても、ガラスを移動するのに必要なエネルギーが削減されるので、それは利点です。勝利の状況。」

マウロ氏は、研究チームがまだLionGlassの可能性を評価しているところだと指摘する。 彼らはガラス ファミリ全体について特許出願を行っています。これは、LionGlass ファミリ内に多くの組成があり、それぞれが独自の特徴と潜在的な用途を持っていることを意味します。 彼らは現在、LionGlass のさまざまな配合物をさまざまな化学環境にさらして、それらがどのように相互作用するかを研究しています。 この調査結果は、チームが世界中で LionGlass がどのように使用されているかをより深く理解するのに役立ちます。

「人類は5000年以上前にガラスの作り方を学びました。それ以来、現代文明を今日の状態に持っていくことが不可欠になっています」とマウロ氏は語った。 「今、私たちは環境問題、再生可能エネルギー、エネルギー効率、医療、都市開発などの地球規模の課題に直面し、未来の形成に貢献する必要がある時期にいます。ガラスはこれらの問題の解決に重要な役割を果たすことができます。私たちは貢献する準備ができています。」