今日の道路は、先祖の時代よりも過酷な状況に置かれています。足、蹄、木製の車輪の代わりに、大型トレーラーやSUVが担いでいます。私たちが新しい移動手段を開発するにつれ、走行ルートの構成も変化し、砂利道はアスファルトのスーパーハイウェイへと変貌を遂げました。異常気象や二酸化炭素排出といった課題により、高速道路はさらに進化する必要があり、エンジニアたちは交通の流れを維持するために未来志向の解決策に目を向けています。その長く曲がりくねった道のりの裏側、そしてこれからの未来についてご紹介します。
過去：バックミラーで
1. 岩とレンガ
人類は1万年以上もの間、食料の輸送や敵への攻撃のために木々を伐採し、低木を燃やしてきました。しかし、メソポタミア人は紀元前3000年頃、交通の便が良い都市を作るために、最初の舗装道路のいくつかを発明しました。労働者たちは何千もの同じ粘土レンガを成形し、乾燥させ、タイルのように並べました。牛が蹴るたびに道が崩れないように、彼らは天然に存在する半粘着性の石油であるビチューメンでレンガを接着しました。これは今日でもアスファルトの結合剤として使用されています。しかし、この古代の人々は、宗教的に重要な道路や軍事的に重要な道路にのみ、この労働集約的な手法を用いていました。
すべての道路技術がローマに遡るわけではないかもしれませんが、ローマ帝国は古代世界で最も長く、最も耐久性の高い道路のいくつかを建設しました。建設者は安定性を高めるために、岩や砂利の層を地面に埋め込みました。都市に近い場所やその他の目立つ場所では、舗装業者がこれらの層の上に硬い石を敷き詰め、より洗練された外観を作り出しました。
西暦100年頃の最盛期には、帝国は総延長5万マイル（約8万キロメートル）の幹線道路を擁し、兵士や商人がヨーロッパと小アジアを迅速に移動することを可能にした。これらの古びた街道の中には、現在でも機能しているものもある。ローマから南東360キロメートル、イタリア東海岸まで続くアッピア街道は、一部区間で自動車交通を支えているものの、過去2000年の間に幾度もの改修を余儀なくされてきた。
2. 傾斜した泥
1700年代、イギリスで産業革命が本格化すると、地方自治体は通行料を徴収して新たな道路建設の資金を調達し、砂利道のネットワークを拡張していきました。いわゆるターンパイクは、ロンドンからイングランドとスコットランドの都市を結ぶ田園地帯に次々と建設されました。しかし、ほとんどの道路は泥の上に小石を積み上げて作られており、わずかな雨水が降り注ぐだけで、岩だらけの道は泥だらけになり、不快で危険なぬかるみと化してしまう可能性がありました。
土木技師ジョン・メトカーフは、道路を平坦にする計画を思いつきました。彼の建設作業員は、新しい道路の路面にわずかな傾斜をつけ、両側に深い溝を掘りました。これにより適切な排水が確保され、過剰な水分による道路の陥没を防ぎ、道路に穴が開くのを防ぎました。
メトカーフは、こうした設計変更を強く訴えるために尽力したことで有名です。少年時代から目が見えなかった彼は、かつて大佐にロンドンまで競争しようと挑んだことがあります。起伏の多い地形のおかげで、メトカーフは軍人が馬車で到着するよりも早く徒歩でロンドンに到着しました。
3. 圧縮砂利とアスファルト
19世紀のスコットランドの技師ジョン・マカダムは、イギリスの最高級のマカダム道路でさえもまだ凹凸があることに不満を抱き、新たな方法を採用しました。彼は、丸い石の代わりに、細かく角張った石を道に沿って敷き詰め、転圧して固めるという手法です。この「マカダム道路」は、耐久性と耐候性に優れ、馬車の車輪にも優しい舗装でしたが、それでもまだかなり凹凸がありました。
そこで1870年代、アメリカの技術者たちは「バインダー」として知られるアスファルト混合物の特許出願を始めました。これは油状のアスファルトを砂利や砂と混ぜ合わせ、路面を滑らかにするものです。道路や高速道路の基本的な断面は、それ以来ほとんど変わっていません。建設業者は溝を掘り、固めた土を敷き、砕石を敷き詰め、その上に厚さ15cmの滑らかなアスファルトまたはコンクリートの層を敷きます。州間高速道路などのより耐久性の高い道路では、基礎にさらに岩盤層が敷かれることがあります。
4. さらにアスファルト
20世紀初頭、アメリカは土の道を丈夫なコンクリートに置き換え、現在私たちが知っているような道路の整備を始めました。しかし、1923年にニューヨークとサンフランシスコを結んだリンカーン・ハイウェイのような長距離路線は、田園地帯に掘られた土の溝と変わらないことさえありました。1919年、陸軍の護送隊と共にリンカーン・ハイウェイに乗っていたドワイト・D・アイゼンハワー中佐は、あるアイデアを思いつきました。「もっと良く、どこにでも使えるようにしたらどうだろう？」大統領に就任したアイゼンハワーは、州間高速道路網の構想を練り上げました。4万5000マイル（約7万6000キロメートル）を超える舗装路の敷設には、30年もの歳月がかかりました。
現在：私たちの車輪の下にあるもの
1. 強固な基盤
アパルトヘイト時代の南アフリカは多くの国から制裁を受け、経済的に孤立していたため、高速道路に必要なアスファルトを購入するのは非常に高価でした。そこで同国の技術者たちは、従来の方法よりも安価で、かつ効果も同等という型破りな解決策を考案しました。薄い砂利の土台を敷いてその上に半フィートのアスファルトを敷き詰めるのではなく、南アフリカの設計者は、道の基礎として厚さ約30センチの石の層（セメントを注入したもの）を使用し、その上に厚さ2インチのアスファルトを敷いたのです。1990年代にアパルトヘイトが終結すると貿易は再開されましたが、この地域の再舗装を急ぐ者はいませんでした。このユニークな高速道路は、他の国の高速道路と同じくらい強度と耐久性に優れていることが証明されたのです。この賢明で効果的な回避策は、世界中の運輸関係者の関心を引くものとなりました。
2. 低摩擦アスファルト
本当によく設計された道路は、雨、太陽、タイヤの酷使に耐えるだけでなく、そこを通過する車にとっても運転が簡単でクリーンになります。デンマークでは、政府の研究者が、タイヤとの摩擦を最小限に抑える環境に優しいアスファルトで建設された30マイル以上の高速道路をテストする予定です。「転がり抵抗」と呼ばれるものを減らすために、設計者はアスファルトの上層に非常に小さな石（直径4分の1インチ未満の場合もあります）を埋め込み、表面を滑らかにします。車はより長く惰性で走行できるため、一定速度を維持するためにドライバーがアクセルを踏む回数が少なくなります。ペダルを踏む回数が減れば燃料消費量が減り、排出量を最小限に抑えることができます。デンマークがこれらの道路に投資する100万ドルごとに、ドライバーは約4,000万ドルの燃料費を節約できます。
3. 石灰岩ベース
速度制限のないことで有名なドイツのアウトバーンの網は、世界でも屈指の規模を誇ります。その秘訣は資金です。全長8,000マイル（約13,000キロメートル）を超える高速道路は、連邦政府が維持管理に年間約100万ドルを費やしています。よく言われるように、費用がかかるのは費用を節約するためであり、ドイツの道路建設予算は、長期的に見て問題が少ない良質な資材の使用につながっています。
これらの高速道路は、平均的なアメリカの高速道路の2倍の厚さがあるだけでなく、その周囲の溝には、土や砂といった一般的な素材ではなく、頑丈な石灰岩が使われている。（第二次世界大戦中、政府は一部の区間を滑走路としても利用することを計画していたため、一部の区間は着陸機の衝撃にも耐えられるほど厚く頑丈になっている。）また、各高速道路の路面には高品質のコンクリートが敷かれている。
これらの道路は耐久性に優れているため、アメリカの舗装道路よりも安全で、静かで、車への負担が少なく、平均で20年も長持ちします。また、ドイツはアメリカほど広大ではありませんが、高速道路網は密集しており、アウトバーンを全て端から端まで敷設すれば、地球の3分の1を周る長さになります。
4. 氷/塩の道路
特に寒冷または乾燥した地域では、型破りな素材で作られた大通りが見られることがあります。チリのような乾燥国では、政府がアスファルト舗装を省略し、アタカマ砂漠に天然に存在するビスコファイトと呼ばれる塩分を含んだ化合物で道路を舗装することがあります。この化合物は砂地のように砂埃を巻き上げず、稀に降雨があるため、この水溶性化合物はそのままの状態で留まります。より寒冷な北部地域では、1月から4月にかけて凍った川が、本来は孤立している町々を結ぶ道路となります。しかし、気温の上昇に伴い、川の解け時期は年々早まっています。
5. アスファルトの代替品の台頭
ゴム
油性アスファルトを節約する最も簡単な方法の一つは、埋め立て地に捨てられたタイヤやその他の弾性素材を粉砕し、アスファルトに混ぜることです。ゴム舗装された高速道路は、従来のアスファルトに比べて2倍近く長持ちし、騒音も50%軽減されます。さらに、ゴムは硬いアスファルトとは異なり、伸縮するため、猛暑でもひび割れにくいのが特徴です。カリフォルニア州、スペイン、ドイツではゴム舗装道路が採用されており、日本でも現在、国道の約5分の1にこの弾力性のある素材が使用されています。
プラスチック
2015年、インド政府は各都市に対し、溶かしたプラスチックごみで道路の穴を埋めることを義務付けました。この手法に着想を得たスコットランドのエンジニア、トビー・マッカートニー氏は、プラスチック道路のスタートアップ企業であるMacRebur Ltd.を設立しました。同社は、埋立地を埋め尽くすプラスチックごみを使って道路を建設することを目指しています。マッカートニー氏は、数千本のペットボトルをペレット状に粉砕し、それを通常のアスファルトに混ぜることで、通常の舗装材のコストを最大25%削減し、同時に廃棄物も削減しています。
食べ物の残り物
石油に代わる、より食欲をそそる代替素材の開発に取り組んでいる研究者もいます。大豆、食用油、さらには使用済みのコーヒーかすといった調理廃棄物は、アスファルトの結合力を高めることができます。これらの素材は有機的な性質を持っているため、ビチューメンとほぼ同じように酸化します。この方法は、新規建設における全体的な二酸化炭素排出量の削減にもつながるはずです。しかし、すぐに出口ランプでコーヒーの香りが漂うようになるとは期待しないでください。食べられる残り物は、フルサービスの道路に必要な粘着性のあるビチューメンのごく一部を代替できるに過ぎないからです。
6. グラベルが復活
全米各地の小さな町が深刻な予算不足に直面する中、道路補修に必要な資金が不足している町もある。少なくとも27州では、自治体が強硬な解決策に頼っている。損傷した道路を再舗装するのではなく、舗装を剥がしてしまうのだ。アスファルトが剥がれ落ち、跡には岩が散乱している。
小石を敷いた道は、喉に詰まらせるような埃を巻き上げたり、雨天時には多少汚れたりしますが、交通量が少ないルートであれば問題なく機能します。鋭利な小石がグッドイヤータイヤをすり減らすのではないかと心配するのは当然ですが、専門家の中には、劣化したアスファルトにできた巨大な穴は、古き良き砂利道よりもはるかにドライバーにとって危険だと主張する人もいます。たとえ穴が開いても、修復ははるかに簡単で安価です。必要なのは、小石を少し用意して穴を埋めるだけです。
未来：これからの道
1. 自己修復
気温や湿度の変化によってひび割れは常に発生しており、実際に危険になるまでひび割れの位置が分からないことも少なくありません。しかし、もし高速道路が自己修復できたらどうなるでしょうか？科学者たちは、ひび割れを補修する舗装の実験を行っています。オランダでは、デルフト工科大学の研究者、エリック・シュランゲン氏が、アスファルト路面にスチールウール繊維のマトリックスを敷き詰め、路面を巨大な導体に変えました。ひび割れが発生し始めると、政府はトラックに巨大な磁石を取り付け、金属を収縮させて隙間を埋めます。
オランダではすでにシュランゲンの糸を12本の道路に採用しているが、さらに革新的な解決策も開発中だ。中国天津理工大学の蘇俊鋒氏は、過去にシュランゲンと共同研究を行った経験があり、天津のいくつかの道路に「リジュベネーター」と呼ばれる膨張性化学ポリマーの小さなカプセルを散布する実験を行った。亀裂が生じ始めると、カプセルが膨張して亀裂を埋める。この補修作業は道路の劣化を食い止めると同時に、老朽化した舗装の脆さを軽減する。つまり、将来再び亀裂が生じる可能性が低くなるのだ。
2. 気候に強い作品
地球温暖化による猛暑は、全米のドライバーにとって最大の脅威の一つです。高温はアスファルトのひび割れを加速させ、高温地域の舗装は政府の補修が追いつかないほど早く劣化します。南西部は最も猛暑が予想されますが、中西部の道路も被害を受ける可能性があります。そもそも中西部の道路は、暑さに耐えられるようには設計されていないからです。
ロサンゼルスなど一部の都市では、アスファルトの太陽光吸収を抑えるため、アスファルトを明るい色で塗装し始めています。しかし、将来のひび割れを防ぐには、新たな素材が必要になるかもしれません。
巨大な嵐と高潮が、かつてないほど大規模かつ頻繁な洪水を引き起こすにつれ、ジョージアからカンボジアに至る沿岸地域では、従来の排水システムが限界に達しつつあります。海面上昇の影響を最も受けやすい都市の一つであるマイアミは、すでに道路をかさ上げしたり、数十カ所の洪水対策ポンプ場を建設したりするなど、予防策を講じ始めています。しかし、ベリーズのような低地の国では、既存のインフラの多くを改修する必要があるかもしれません。英国のスタートアップ企業であるトップミックスは、数千ガロンもの雨水を吸収する透水性舗装の実験を行っています。この混合物は、通常使用される細かい砕石層を省くことで、水分が下の土壌に浸透できるようにしています。
3. プロロボット設計
初期モデルはまだ多少衝突しやすい面もあるかもしれませんが、自動運転車は確実に登場しています。そして、最終的には私たちの街の景観を変えることになるでしょう。例えば、人間の震える手の動きに対応する必要がなくなれば、車線はより細くなるでしょう。道路も「スマート」になり、従来の視覚的な指示ではなく、埋め込みセンサーを介して指示を伝える必要が出てくるでしょう。無線送信機が信号機から優先権の規制を引き継ぎ、衛星信号が標識の代わりに迂回路を示すようになるかもしれません。技術者はまた、高速道路沿いの工事区域を管理する新しい方法を見つける必要もあります。車載カメラは、コーン、手信号、バリケードなど、どのメッセージが他の情報よりも優先されるのかを判断するのが困難です。カリフォルニア大学バークレー校発のHyperlaneなど、一部のスタートアップ企業は、自動運転専用レーンなど、高速道路の改良に関する斬新な提案を練っています。時間はあまりありません。ある推計によると、ロボットタクシーやバスの車両は、今後10年間で大量に導入される可能性があります。
関連：現在、道路上で自動運転車が見られる場所
4. ソーラーパネル
年を追うごとに、人類はより多くの電力を必要としている。世界のエネルギー消費量は2050年までに約25％増加し、年間約1500億バレルの石油に相当する可能性がある。このすべてのエネルギーはどこかから調達する必要がある。そこで一部のエンジニアは、なぜ街路から得ないのかと疑問に思う。開けた道路は日光をたっぷり吸収する傾向がある。裸足でアスファルトの上を歩いたことがある人なら、それは確かに知っているだろう。あの温かい光線で食器洗い機を動かすことができる。2017年、中国は全長1.6キロメートルの「ソーラーハイウェイ」を初めて公開した。これは、車両の重量に耐えられるほど厚いプラスチックのようなポリマーの下に多数のパネルが貼り付けられたものだ。アレイから発電されたエネルギーは、上の街灯や近くの家屋に送ることができる。アイダホ州の新興企業Solar Roadwaysは同様の技術をテストしたが、どちらのプロトタイプも深刻な財政的ハードルに直面している。1平方メートルのコストが、同じ面積の通常のアスファルトの90倍以上もするのだ。
