人們將在減少建筑碳排放方面做出更大努力，進(jìn)一步尋求創(chuàng)新路徑以應(yīng)對挑戰(zhàn)。
近日，由香港理工大學(xué)和澳大利亞的皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）、新南威爾士大學(xué)（UNSW）及澳大利亞研究理事會阻燃材料和安全技術(shù)培訓(xùn)中心組成的一個(gè)研究小組，利用可再生有機(jī)廢料中生長的真菌菌絲體，開發(fā)了多種防火包層材料。這一生物基材料的研究目的既為了提高建筑安全性，也旨在提供一種替代性的可持續(xù)建筑解決方案。
來自皇家墨爾本理工大學(xué)的副教授Everson Kandare表示，“菌絲體的最大優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)暴露在火或輻射熱下時(shí)，它會形成一個(gè)熱保護(hù)炭層。菌絲炭層形成時(shí)間越長、所處溫度越高，它作為防火材料的用途就越凸顯。”Kandare認(rèn)為，真菌片和人造防火材料一樣耐燒，且燃燒時(shí)不會釋放有害化學(xué)物質(zhì)。
真菌菌絲體是理想的防火材料之一
圖片來源：architectureanddesign.com
生物材料的使用是重要行業(yè)趨勢
近年來，隨著全球氣候危機(jī)日益加劇以及人們對可持續(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，各行業(yè)市場上涌現(xiàn)了一大批強(qiáng)調(diào)低碳環(huán)保、對環(huán)境友好的替代品，包括風(fēng)靡一時(shí)的各種植物基食物——植物肉、植物奶等。這些由植物、生物廢料甚至實(shí)驗(yàn)室培育微生物制成的生物基材料，作為一種面向可持續(xù)未來的新型材料，開始逐漸在各領(lǐng)域發(fā)展起來并走入大眾視野。
其中，要數(shù)時(shí)尚行業(yè)最為積極。就看近三年里，從運(yùn)動服飾巨頭耐克推出由菠蘿皮Pi?atex制成的“純素版”運(yùn)動鞋，到快時(shí)尚巨頭H&M推出環(huán)保先鋒系列旨在探索各種“革新科技面料”——包括從蓖麻油生產(chǎn)出的生物基尼龍面料等，再到奢侈品巨頭愛馬仕宣布推出第一款采用蘑菇皮革Sylvania制成的包袋，創(chuàng)新研發(fā)和采用生物基材料成為各大品牌推動可持續(xù)時(shí)尚的重要舉措之一。
建筑領(lǐng)域也是如此。當(dāng)談及建筑的未來時(shí)，可持續(xù)性成為經(jīng)常被討論的內(nèi)容之一。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）的行業(yè)報(bào)告“Greening The Building Supply Chain“（譯：綠色建筑供應(yīng)鏈），全球經(jīng)濟(jì)中約40%-50%的原材料流向并應(yīng)用于建筑產(chǎn)品和部件，這使得建筑生命周期內(nèi)的能耗和溫室氣體排放成為不容忽視的環(huán)境影響，例如現(xiàn)代建筑中最常見的混凝土材料正是主要排放源。
圖片來源：fieldwire.com
扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所副總監(jiān)Bidisha Sinha在接受國際建筑設(shè)計(jì)媒體Dezeen采訪時(shí)曾提到，隨著化石燃料資源的減少和技術(shù)創(chuàng)新的不斷涌現(xiàn)，未來幾年人們將在減少建筑碳排放方面做出更大的努力，這也進(jìn)一步促使相關(guān)利益相關(guān)者和建筑設(shè)計(jì)師尋求新的創(chuàng)新路徑來應(yīng)對挑戰(zhàn)，“其中包括有助于減少每個(gè)項(xiàng)目整體生命周期中碳排放的新設(shè)計(jì)技術(shù)和運(yùn)作技術(shù)，同時(shí)還有生態(tài)無害材料和可持續(xù)建筑實(shí)踐方面的進(jìn)步”。
正如Sinha所言，與時(shí)尚行業(yè)一樣作為全球溫室氣體主要排放來源之一，為了推動“可持續(xù)建筑”，建筑行業(yè)正在開始走上積極探索新型未來材料之路，生物基材料因其環(huán)保性、循環(huán)性、可持續(xù)性等特質(zhì)，成為打造可持續(xù)或綠色建筑解決方案的重要研發(fā)方向。
Dezeen今年初一篇關(guān)于未來建筑趨勢的報(bào)道中提到，業(yè)界普遍認(rèn)同環(huán)境設(shè)計(jì)和可持續(xù)性將日漸主導(dǎo)全球建筑界，其中不少建筑設(shè)計(jì)師就指出，生物材料（biomaterials）的使用將是定義2023年乃至之后的一大重要建筑行業(yè)趨勢。來自荷蘭設(shè)計(jì)工作室Overtreders W的建筑師兼合伙人Hester van Dijk對此表示，建筑應(yīng)當(dāng)扮演自然和人類生態(tài)系統(tǒng)中的一份子，而基于這一建筑理念，她希望更多關(guān)于生物基材料或生物材料的研發(fā)試驗(yàn)得到關(guān)注，“因?yàn)檫@些材料是基于生物質(zhì)且可被生物降解的”。
生物基革命中的若干解決方案
根據(jù)Hester van Dijk的說法，建筑領(lǐng)域“才剛剛開始生物基的革命”，許多可持續(xù)性材料值得建筑師們?nèi)ヌ剿鬟\(yùn)用。但事實(shí)上，當(dāng)前，以生物基為首的新型未來材料在應(yīng)用層面的一大挑戰(zhàn)是規(guī)?；懂a(chǎn)問題。
以兩年前曾掀起“蘑菇皮革熱”的Mylo蘑菇皮為例，這是由美國初創(chuàng)生物公司Bolt Threads于2018年研發(fā)推出的一種皮革替代材料，是目前市面上“非常接近”商業(yè)規(guī)模的一種生物基材料。但該公司近期宣布暫停Mylo的生產(chǎn)，其中融資機(jī)會減少和宏觀環(huán)境不確定性持續(xù)是主要原因之一。
阿迪達(dá)斯推出的Stan Smith Mylo運(yùn)動鞋
圖片來源：Mylo
新材料從研發(fā)到正式投產(chǎn)往往需要大量資金支持，且用新材料替代現(xiàn)有材料的過程也是復(fù)雜而漫長的，尤其是對待帶有“可持續(xù)”標(biāo)簽的事物更為謹(jǐn)慎——需要考慮和檢驗(yàn)環(huán)境效益問題。也因此，這些新一代創(chuàng)新材料的開發(fā)與應(yīng)用最初大都頂著利潤率壓力，或者只能作為試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行，導(dǎo)致它們在證明其產(chǎn)品可行性、實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和降低成本方面困難重重。面對這一挑戰(zhàn)，意味著需要更多利益相關(guān)者真正參與其中，共同推動創(chuàng)新發(fā)展。
來自皇家墨爾本理工大學(xué)、參與近期基于真菌菌絲體的生物基建筑材料開發(fā)的副教授Tien Hynh表示，相比更快、更容易被生產(chǎn)的塑料而言，真菌生長較為緩慢，使得規(guī)?；a(chǎn)相對困難?！叭欢?，蘑菇行業(yè)已經(jīng)（主動）找到我們，希望可以利用他們的真菌廢料?！?Hynh提到，與蘑菇行業(yè)的協(xié)同合作既可以減少對培育真菌的新農(nóng)場的場地需求，降低運(yùn)營成本，同時(shí)也能基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，以一種可持續(xù)的方式去生產(chǎn)。
面對“生物基革命”剛剛起步的建筑領(lǐng)域，目前已有不少創(chuàng)新型材料的研發(fā)應(yīng)用體現(xiàn)著多方協(xié)同合作的重要性。其中，基于生物廢料制成的新一代建筑材料正在帶動更多跨領(lǐng)域的利益相關(guān)者參與其中，變廢為寶，共同打造面向未來的可持續(xù)建筑解決方案。
Sugarcrete蔗糖混凝土
英國建筑事務(wù)所Grimshaw和東倫敦大學(xué)UEL開發(fā)
這是由東倫敦大學(xué)（University of East London，UEL）和英國建筑事務(wù)所Grimshaw攜手糖業(yè)公司Tate & Lyle Sugars基于生物廢料開發(fā)環(huán)保建筑材料的聯(lián)合項(xiàng)目成果。該項(xiàng)目旨在利用甘蔗生物廢料（即甘蔗渣），開發(fā)超低碳建筑材料，并通過在建筑材料中引入生物碳源（來自快速生長植物），作為一種延遲碳排放的有效策略。
作為生產(chǎn)糖的重要原料，甘蔗是世界上產(chǎn)量最大的作物之一，這也意味著制糖過程將產(chǎn)生大量的甘蔗廢渣。在項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)看來，這些生物廢料正好是可以取代如混凝土或磚等高能耗建筑材料的完美替代品，而且甘蔗廢料中還含有一種能以最快速度將二氧化碳轉(zhuǎn)為生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化媒介，其轉(zhuǎn)化效率甚至是林業(yè)的50倍。
圖片來源：UEL
在這個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目中，三方各司其職，也為創(chuàng)造這種可持續(xù)建筑材料提供了更高的可行性。東倫敦大學(xué)既提供研發(fā)，通過研究表明從廢料到可持續(xù)建筑材料的可行操作，同時(shí)也用其可持續(xù)發(fā)展研究所（SRI）的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，證明材料具備高質(zhì)量的阻燃性、抗壓性、導(dǎo)熱性和耐久性，且均通過目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。測試結(jié)果也表明，Sugarcrete可應(yīng)用于隔熱板、輕質(zhì)砌塊、承重磚塊以及結(jié)構(gòu)地板和屋頂板。
而基于豐富的建筑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，Grimshaw對互鎖幾何形式的設(shè)計(jì)興趣則為Sugarcrete提供更多可能性。該建筑工作室將Sugarcrete構(gòu)建成一種可拆卸、可重復(fù)使用、耐火的復(fù)合樓板并將其稱為“Sugarcrete Slab”，這一建筑元件可以應(yīng)用、拆卸或者擴(kuò)展到新的或現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中。
值得一提的是，這種建筑元件在模塊化系統(tǒng)中還可以結(jié)合不同密度的甘蔗纖維構(gòu)成，使其在組裝使用時(shí)可以避免傳統(tǒng)混凝土在極端情況（地震）下發(fā)生開裂的潛在風(fēng)險(xiǎn)。此外，在東倫敦大學(xué)可持續(xù)發(fā)展研究所的原型測試中，Sugarcrete Slab也展示出優(yōu)異的環(huán)境效益，包括碳排放量比傳統(tǒng)混凝土低20倍，而且相較于傳統(tǒng)混凝土，其固化時(shí)間更短、重量更輕、生產(chǎn)成本亦更低。
圖片來源：UEL
基于對甘蔗渣進(jìn)行回收升級再利用的工作原理，Sugarcrete也被認(rèn)為是更適合在南半球的主要制糖地區(qū)進(jìn)行推廣的可持續(xù)建筑解決方案。一方面，這些地區(qū)的建筑材料主要依賴進(jìn)口，成本普遍較高，另一方面這些地區(qū)本身就是甘蔗廢料主要產(chǎn)地。因此，開發(fā)和完善一套生產(chǎn)流程，在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中將甘蔗廢料制成“本土”建筑材料，能最大程度地減少運(yùn)輸成本并提升當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)效益。為了更好地推行這一新型建筑材料，項(xiàng)目合作伙伴正負(fù)責(zé)在全球的南部制糖地區(qū)尋找合適推廣材料生產(chǎn)應(yīng)用的地點(diǎn)。
Biofuel Waste is Bliss項(xiàng)目
材料設(shè)計(jì)師Agne Kucerenkaite與環(huán)境科學(xué)家Marija Spokaite開發(fā)
Biofuel Waste is Bliss （直譯：“生物燃料廢物是樂土”）項(xiàng)目顧名思義是聚焦生物燃料廢物。該項(xiàng)目由材料設(shè)計(jì)師Agne Kucerenkaite和環(huán)境科學(xué)家Marija Spokaite合作開發(fā)，旨在重新定義生物燃料廢物灰燼的使用——將其轉(zhuǎn)化為新的循環(huán)材料和建筑產(chǎn)品，如瓷磚和磚塊。項(xiàng)目通過在陶瓷釉料和粘土中加入含量最高達(dá)55%的灰燼，以循環(huán)利用理念取代對新材料的需求，并實(shí)現(xiàn)減少二氧化碳排放的目的。
圖片來源：Biofuel Waste is Bliss
作為一名以廢棄物為主要材料來源的材料開發(fā)商和產(chǎn)品設(shè)計(jì)師，Agne熱衷尋找潛在的工業(yè)殘?jiān)鳛橹谱髟?。而這一項(xiàng)目的誕生，正是源于她的長期合作伙伴Marija向她反映的一個(gè)科學(xué)界始終在討論的問題：生物質(zhì)焚燒后有大量灰燼殘留。根據(jù)國際能源署2018年的數(shù)據(jù)，全球有超過1,000萬噸的灰燼產(chǎn)生自生物燃料，而它們大部分會作填埋處理?；诖?，兩人研究并開發(fā)將這些灰燼變廢為寶的環(huán)保解決方案。
在這個(gè)項(xiàng)目中，所使用的是來自立陶宛維爾紐斯供熱廠的木灰渣。該供熱廠利用森林廢棄物作為生物燃料，每月約產(chǎn)生460噸的木灰廢料。盡管這些木灰燼無毒且適合循環(huán)利用，但僅有小部分被重新用作道路填料。如此龐大的數(shù)量也意味著處理這些廢料的成本很高。而Biofuel Waste is Bliss項(xiàng)目的誕生，讓這些廢料盡可能免于被浪費(fèi)。
基于Biofuel Waste is Bliss項(xiàng)目的陶瓷產(chǎn)品
圖片來源：Biofuel Waste is Bliss
根據(jù)項(xiàng)目介紹，在陶瓷釉料和粘土體中加入木灰廢料有多個(gè)好處，使其成為有利于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的選擇。一方面，木灰廢料中灰作為鈣、硅和其他礦物質(zhì)的天然替代品，可以減少從傳統(tǒng)資源中提取這些礦物質(zhì)的需要；另一方面，灰燼中熔化的氧化物在燒制過程中會發(fā)生反應(yīng)，形成一種液態(tài)，能降低粘土和釉料的熔點(diǎn)。
此外，在陶瓷燒制過程中，灰燼所含礦物不會釋放二氧化碳，因?yàn)樗鼈冊谏锶剂先紵^程中已完成釋放。值得一提的是，該項(xiàng)目還利用灰燼中存在的天然鐵含量（約2%）作為Biofuel Waste is Bliss產(chǎn)品的唯一顏色來源。如此一來，可以減少對額外金屬氧化物的需求，而金屬氧化物實(shí)際上對環(huán)境有負(fù)面影響。
Mycelium Insulation Panel菌絲體隔熱板
英國微生物技術(shù)公司Biohm開發(fā)
這種由菌絲體制成的生物基建筑材料是由總部位于英國倫敦的微生物技術(shù)公司Biohm開發(fā)的，也是世界上第一個(gè)獲得認(rèn)可的菌絲體隔熱產(chǎn)品。根據(jù)Biohm的說法，菌絲體不僅在隔熱和隔音方面優(yōu)于石化或塑料基建筑材質(zhì)，而且作為一種天然材料，它有著更安全、更健康的優(yōu)勢：菌絲體不含合成的樹脂基化合物，而這些化合物遇熱會產(chǎn)生有害的有毒煙霧，且在火災(zāi)中會迅速蔓延。這也使得基于菌絲體制成的建材成為傳統(tǒng)材料的理想替代品。
菌絲體隔熱板與大多數(shù)傳統(tǒng)建材一樣耐用，且易于在建筑中被使用
圖片來源：Biohm
Biohm表示其基于菌絲體的培養(yǎng)和制作過程是對環(huán)境友好的。一方面，為了培育菌絲體，該公司秉持變廢為寶的理念，使用食物或農(nóng)副產(chǎn)品廢料“喂”給菌絲供其生長，而這些廢料原本會被送往垃圾填埋場。另一方面，Biohm強(qiáng)調(diào)整個(gè)建材制作過程不對環(huán)境造成負(fù)面影響，因?yàn)楫a(chǎn)品不僅完全可再生，即可回收分解成原料再使用，而且據(jù)估計(jì)，其制造過程可實(shí)現(xiàn)“負(fù)碳”，聲稱每月至少貯存16噸碳。
