4 vật liệu xây dựng sinh thái cho hiện tại và tương lai

Vật liệu xây dựng tạo ra tới 11% lượng phát thải carbon toàn cầu, do đó, ngành công nghiệp xây dựng đang tìm kiếm những biện pháp cắt giảm lượng khí CO2. Vật liệu xây dựng mang tính sinh thái, vì lẽ đó, ngày càng trở nên phổ biến với vai trò là vật liệu bền vững trong môi trường và hành tinh xanh của chúng ta.

Chia sẻ
4 vật liệu xây dựng sinh thái cho hiện tại và tương lai
stroke line

Tham khảo:

- https://architecture2030.org/why-the-building-sector/#:~:text=Buildings%20generate%20nearly%2040%25%20of,for%20an%20additional%2011%25%20annually


Tính sinh thái có nghĩa là đem lại lợi ích về sức khỏe cho con người và cả môi trường bên trong lẫn bên ngoài công trình. Vật liệu xây dựng mang tính sinh thái được biết đến với những ưu điểm vượt trội như khả năng làm mát tự nhiên, thoáng khí, thoát ẩm, đặc biệt có thể cô lập lượng lớn khí thải carbon độc hại.


Tiêu chuẩn để nhận biết vật liệu xây dựng sinh thái


Theo định nghĩa, để được coi là sinh thái, một vật liệu phải tuân theo một số đặc điểm chung như sau:

  1. Được làm từ nguyên liệu thô được tái tạo nhanh chóng, hoặc có thể tái chế và phải phân hủy sinh học.
  2. Việc thu gom, khai thác và sản xuất chúng phải được thực hiện tại địa phương, tránh dịch chuyển xa.
  3. Đầu vào phải được trồng hoặc thu hoạch hữu cơ hoặc bền vững, và phải không có độc tố.
  4. Bền, dễ bảo trì và dễ tái sử dụng.


Những vật liệu sinh thái và cách ứng dụng vào từng công trình


1. Tre


Được mệnh danh là "thép xanh" của ngành xây dựng, tre có độ bền kéo lớn hơn so với thép và chịu lực nén tốt hơn bê tông. Tỷ lệ chịu lực kéo theo trọng lượng cụ thể của tre gấp 6 lần so với thép. Ngoài ra, tre còn có giá thành thấp, dễ xử lý và tiêu hao ít năng lượng để tái tạo. So với chất liệu gỗ, tre có khả năng hấp thụ CO2 cao gấp 30%. Đồng thời, sản phẩm từ tre có độ bền cao gấp 2-3 lần so với sản phẩm gỗ thông thường. Chính vì thế, tre có nhiều đặc tính cơ học phù hợp với xây dựng bền vững hơn nhiều loại gỗ (2).


Thuộc khuôn viên Green School - ngôi trường nổi tiếng thế giới về giáo dục bền vững tại Bali (Indonesia) - không gian thể thao đa năng mang tên Arc là một tòa nhà tre có cấu trúc "chưa từng tồn tại" với mái cong kép phức tạp làm hoàn toàn bằng tre.


Cấu trúc của tòa nhà Arc tại Green School lấy cảm hứng từ cấu trúc xương sườn của con người. Arc được xây dựng từ một loạt các vòm tre cao 14m giao nhau, kéo dài tới 19m và được kết nối với nhau bằng hệ thống các tấm lưới chống đàn hồi hoạt động tương tự như gân và cơ giữa các xương sườn. Chúng được uốn cong theo hai hướng ngược nhau tạo nên sức mạnh bền vững của vật liệu. Arc có thể tự điều hòa không khí với các lỗ thoáng ở đỉnh mái vòm cho phép không khí nóng thoát ra ngoài, trong khi các đường cong mở phía chân tòa nhà sẽ hút gió mát tự nhiên vào, từ đó loại bỏ nhu cầu lắp thêm hệ thống điều hòa không khí giữa khí hậu nhiệt đới của Bali.


lelajournal


Arc đã sử dụng nguồn vật liệu sinh thái bền vững tại Bali là tre làm nguyên liệu chính. Đồng thời, sự điều phối hình học phản trực giác của Arc đã đưa cấu trúc vào trạng thái cân bằng, tạo nên một không gian cắt giảm tối thiểu nhu cầu vật liệu xây dựng trong khi vẫn giữ được tối đa diện tích sàn rộng lớn.


Tuy nhiên, cần phải lưu ý tất cả ưu điểm của tre đều có thể thay đổi tùy từng loài. Đặc biệt tránh tâm lý "đổ xô" dùng vật liệu tre một cách bất chấp.


Trên thực tế có hơn 1500 loại tre khác nhau phát triển tự nhiên trên hầu hết các lục địa, đặc biệt là ở các khu vực có nhiệt độ cao hơn. Hơn thế, việc lắp đặt tre đòi hỏi một lực lượng lao động có trình độ tối thiểu. Trong đó nhược điểm lớn nhất là tre không được tiếp xúc trực tiếp với đất hoặc mưa. Vì vậy, nó phải được xử lý đầy đủ để chống lại sâu bệnh. Ngoài ra, một số khu rừng tự nhiên ở châu Á đã bị chặt phá khi nông dân chuyển sang trồng tre để có lãi. Đồng thời, các nhà thiết kế cũng nên xem xét các tác động môi trường của việc vận chuyển tre từ khắp nơi trên thế giới trong khi có thể sử dụng vật liệu tái tạo có sẵn tại địa phương.


2. Gỗ được chứng nhận trồng và khai thác bền vững


Gỗ là một vật liệu tái tạo. Đặc biệt, gỗ có khả năng lưu trữ khoảng một tấn carbon dioxide trong mỗi mét khối. Ngoài ra, việc xử lý gỗ dễ dàng cho phép công trường xây dựng hiệu quả hơn, giảm thời gian xây dựng và tiêu thụ ít năng lượng hơn cho việc xây dựng các cấu trúc.


Thông tin từ một nghiên cứu học thuật lớn cho thấy rằng nếu thay thế các vật liệu xây dựng khác bằng gỗ thì có thể làm giảm 14% đến 31% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu và 12% đến 19% mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch toàn cầu (3).


lelajournal


Gỗ sẽ được coi là vật liệu mang tính sinh thái khi chúng được sử dụng mà không gây thiệt hại thêm cho môi trường. Có nghĩa là mức độ khai thác gỗ phải tỉ lệ thuận với khả năng phục hồi rừng, đồng thời toàn bộ quá trình trồng, khai thác và xây dựng đều phải giữ được tính bền vững.


Để đảm bảo điều này, có nhiều loại chứng nhận khác nhau để xác minh nguồn gốc và đảm bảo chất lượng của gỗ, tiêu biểu có chứng nhận FSC (Hội đồng quản lý rừng) và Hệ thống chứng nhận rừng Inmetro Brazil (Cerflor). Trong đó, phổ biến rộng rãi và uy tín nhất hiện nay là chứng nhận của Hội đồng Quản lý Rừng (FSC) - một tổ chức phi lợi nhuận độc lập thúc đẩy quản lý có trách nhiệm đối với các khu rừng trên toàn thế giới.


lelajournal


Theo một báo cáo của Quỹ Toàn cầu về Thiên nhiên - WWF, khoảng 30% sản lượng rừng trên thế giới đã được quản lý bền vững và có chứng nhận. Trong đó chứng nhận của FSC chiếm khoảng 13%, tương đương với hơn 380 triệu mẫu rừng được chứng nhận FSC trên toàn cầu (4).


Khi nhu cầu về khai thác gỗ mới tăng lên, gỗ được chứng nhận đến từ các khu rừng được quản lý bền vững sẽ ngăn ngừa thiệt hại cho hệ sinh thái, các lưu vực sông, sự sinh tồn của động vật hoang dã và cả chính sản lượng gỗ.


3. Cây gai dầu công nghiệp (Hemp)


Cây gai dầu là một trong những cây trồng lâu đời nhất được con người thuần hóa. Theo nhà nghiên cứu Darshil Shah của Đại học Cambridge cho biết:


Cây gai dầu công nghiệp (Hemp) có thể thu giữ carbon trong khí quyển hiệu quả gấp đôi so với rừng. Cây gai dầu hấp thụ từ 8 đến 15 tấn CO2 trên một ha canh tác. Trong khi đó, rừng thường thu được 2 đến 6 tấn CO2 mỗi ha mỗi năm tùy thuộc vào số năm sinh trưởng, vùng khí hậu, loại cây (5).


lelajournal


Cây gai dầu rất dễ trồng, có thể cao đến 4m trong vòng 90 - 120 ngày để mau chóng thu hoạch. Tốc độ sinh trưởng này nhanh gấp 50 lần các loại gỗ thông thường và thậm chí gấp 100 lần gỗ sồi. Khi phát triển, nó chịu hạn tốt nên tiết kiệm đáng kể tài nguyên nước, phân bón, đồng thời có khả năng ngăn chặn sự phát triển của cỏ dại một cách tự nhiên nên không cần dùng đến chất hóa học. Hơn thế, từ hạt, hoa tới thân cây gai dầu đều mang nhiều công dụng và được ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như may mặc, giấy, nhiên liệu sinh học, thực phẩm sức khỏe… Chính vì thế, cây gai dầu nhanh chóng có mặt ở hầu hết mọi nơi trên thế giới. Ngày nay, sợi hay ngay cả một sản phẩm thải của quá trình chế biến sợi gai dầu, cũng đang được sử dụng để tạo ra các vật liệu xây dựng bền vững.


Bê tông gai dầu (hempcrete) là một vật liệu sinh thái điển hình ra đời từ tính đa dụng của cây gai dầu đã được ứng dụng vào lĩnh vực xây dựng.


4. Bê tông gai dầu (Hempcrete)


Hempcrete là một loại bê tông tổng hợp sinh học, trong đó những mảnh gỗ nhỏ từ thân cây gai dầu được trộn với nước và vôi hoặc xi măng bùn. Thông qua các phản ứng hóa học giữa các thành phần, hỗn hợp này hóa đá và trở thành một khối nhẹ, nhưng khá bền (tương đương với độ bền của gạch không nung) (6). Sau khi đúc, bê tông gai dầu cần ít nước để bảo dưỡng hơn hẳn so với xi măng truyền thống, góp phần bảo tồn nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này.


Hempcrete có trọng lượng nhẹ và phi cấu trúc, nhưng thay vào đó có thể được tích hợp với các hệ thống xây nhà truyền thống. Tương tự như bê tông truyền thống, nó có thể được đúc tại chỗ. Để làm tường, hỗn hợp có thể được sắp xếp dưới dạng khối, nghiền thành bột hoặc đổ theo hình dạng tuyến tính, sử dụng các phương pháp tương tự như xây dựng tường bùn.


lelajournal
Ảnh: GoHemp


Khi được đóng rắn, bê tông gai dầu giữ lại một lượng lớn không khí với mật độ tương đương với 15% bê tông truyền thống, làm cho nó trở thành một chất cách nhiệt và cách âm tuyệt vời. Bê tông gai dầu cũng có khả năng chống cháy tốt nhờ lớp vôi, cây gai dầu không độc hại và có khả năng chống nấm mốc một cách tự nhiên (7). Thậm chí, có những cuộc khảo sát chỉ ra rằng cây gai dầu là một vật liệu âm tính với carbon, bởi ngoài việc bù đắp cho carbon phát ra trong sản xuất, nó thực sự còn có khả năng cô lập carbon trong chính vật liệu.


Margent Farm - trang trại trồng cây gai dầu rộng 21ha ở Cambridgeshire (Anh Quốc) - đã tạo nên Flat House, một ngôi nhà rộng 100m² được xây dựng từ cây gai dầu công nghiệp được trồng tại chính cánh đồng của trang trại.


lelajournal


Ảnh: Oskar Proctor
Ảnh: Oskar Proctor


Flat House vốn là một nhà kho nông nghiệp khung thép, được chuyển đổi cấu trúc sang một chất liệu hoàn toàn mới lạ. Ngôi nhà được xây lên từ các khung gỗ được đúc sẵn ngoài công trường và sau đó lấp đầy bằng bê tông gai dầu. Sau khi được dựng lên tại chỗ chỉ trong hai ngày, bê tông gai dầu liên kết với khung gỗ đã tạo nên những bức tường cách nhiệt, cách âm và chống cháy hiệu quả cho ngôi nhà. Sự sáng tạo đã nâng tầm một loại cây trồng lâu đời, biến chúng trở thành vật liệu bền vững nhờ áp dụng kỹ thuật xây dựng hiện đại.


Tuy sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội và bền vững, nhưng cây gai dầu vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định.


Trên thực tế, hiệu suất cơ học của bê tông gai dầu kém hơn nhiều so với bê tông hoặc thép truyền thống. Nó có cường độ nén là 2MPa khi nó không vượt quá mật độ 1.000kg/m², tương đương với gạch không nung. Vì thế, bê tông gai dầu sẽ hoạt động tối ưu hơn dưới vai trò là một bức tường rào thay vì các bức tường chịu lực như móng nhà.


Đặc biệt, việc trồng cây gai dầu vẫn bị hạn chế ở nhiều nước do ảnh hưởng của chính sách cấm trồng cây cần sa nghiêm ngặt (trên thực tế cây gai dầu và cần sa cùng thuộc họ cannabis, nhưng chúng là hai loài khác nhau với hàm lượng chất kích thích chênh lệch rõ ràng). Chính vì vậy, bê tông gai dầu vẫn là một sản phẩm tương đối đắt tiền với ít thông tin và nhân lực có sẵn để làm việc hiệu quả với công nghệ này. Nghiên cứu và thử nghiệm là điều cần thiết để làm cho vật liệu đầy hứa hẹn này trở nên phổ biến và rẻ hơn để có thể sử dụng hàng loạt trong xây dựng. Việc biến cây gai dầu trở thành vật liệu xây dựng được chấp nhận và sử dụng rộng rãi hơn chắc chắn sẽ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và xã hội cũng như chất lượng môi trường.


Ảnh: Oskar Proctor
Ảnh: Oskar Proctor


Cố Tiến sĩ Prem Jain, được biết đến như là "cha đẻ của công trình xanh ở Ấn Độ" đã từng nói:


Nếu chúng ta thay đổi cách mình nghĩ về các tòa nhà, có lẽ những gì bạn xây dựng sẽ thay đổi cả thế giới.


Vật liệu sinh thái có ưu thế lớn nhất chính là nguồn gốc từ thực vật tái tạo và có thể phân hủy sinh học. Tuy nhiên, chính vì xuất phát từ tự nhiên nên chúng cũng tồn tại những nhược điểm mà theo quy luật tự nhiên là điều hết sức dễ hiểu. Cách chúng ta có thể giúp chúng phát huy tối đa ưu điểm chính là tận dụng linh hoạt và sử dụng có trách nhiệm.

Bạn thấy bài viết thú vị và muốn đọc thêm về Không Gian Sống?

Nhà đẹp, vườn xinh, và những góc sống đẹp

Khám phá thêm
vector
Thảo Ngân
Thảo Ngân