Βιοϋλικά και η θέση τους στον κατασκευαστικό κλάδο

The term biomaterials is used to describe building materials derived from living organisms including plants, animals and fungi. Increasing knowledge about microbiology and synthetic biology techniques is now allowing innovative biomaterials to enter the market.

With the construction industry responsible for 40% of global CO2 emissions, responsibility falls on the industry to make dramatic changes to improve its sustainability. New biomaterials are being created using waste products and microbes to solve these ecological problems, with timber or plant-based materials being net carbon sinks. Τα βιοϋλικά που διερευνώνται για χρήση στον κατασκευαστικό κλάδο είναι ποικίλα και ποικίλα, με το καθένα να έχει ως στόχο να λύσει ένα διαφορετικό πρόβλημα εντός του κλάδου.

Τα βιοϋλικά έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν δομικά υλικά τα ακόλουθα οφέλη:

• Σύλληψη και αποθήκευση άνθρακα που εξάγεται από ατμοσφαιρικό CO₂ με πρόσφατη φωτοσύνθεση
• Βιώσιμη παραγωγή με καλλιέργειες που καλλιεργούνται ετησίως ή ως δάσος με μεγαλύτερο κύκλο συγκομιδής.
• Βιοδιασπασιμότητα στο τέλος της ζωής. (Η ελεγχόμενη αποσύνθεση μέσα σε έναν αναερόβιο χωνευτήρα θα παράγει τόσο οργανικό λίπασμα όσο και βιομεθάνιο για την παροχή ενέργειας)
• Χαμηλοί ή σχεδόν μηδενικοί γραμμικοί συντελεστές θερμικής διαστολής
• Η ιδιότητα του ελέγχου της θερμοκρασίας και της υγρασίας σε κλειστούς χώρους με αλλαγές φάσης του νερού στα κύτταρα
• Υψηλή διάχυση ατμών και «Fickian» διασπορά ατμών
• Συνήθως υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα
• Χαμηλή θερμική διάχυση
• Συχνά καλές αναλογίες απόδοσης προς βάρος
• Χαμηλότερη ενσωματωμένη ενέργεια. 

Σκυρόδεμα – Υπάρχουν καλύτερες επιλογές;

Αναμφισβήτητα το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υλικό στον κατασκευαστικό κλάδο είναι επίσης ένα από τα πιο μη βιώσιμα. Το σκυρόδεμα, που χρησιμεύει ως η ραχοκοκαλιά των περισσότερων υποδομών, παράγει εκπληκτικές ποσότητες άνθρακα. Υπολογίζεται ότι γύρω Παράγονται 10 δισεκατομμύρια τόνοι σκυροδέματος κάθε χρόνο, με το τσιμέντο (κύριο στοιχείο στην ανάμειξη σκυροδέματος), να αντιπροσωπεύει το 8% της ετήσιας εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα σε όλο τον κόσμο, και χρησιμοποιώντας περίπου το 10% του παγκόσμιου πόσιμου νερού, σύμφωνα με τον Dosier.

Ενώ το μπετόν και το τσιμέντο δεν είναι βιώσιμα υλικά, the construction industry is not going to stop using it over night. To address this fact, there are many companies who are designing and producing alternatives to traditional Portland-based cement, in an attempt to reduce its impact on the environment.

Μια τέτοια εταιρεία είναι βασιλίσκος, οι οποίοι βρίσκονται στη διαδικασία να φέρουν το «επισκευάσιμο σκυρόδεμα» στην αγορά ενσωματώνοντας στο σκυρόδεμα ειδικά βακτήρια που παράγουν ασβεστόλιθο. Όταν τα βακτήρια έρχονται σε επαφή με το νερό, όπως όταν εισέρχεται υγρασία σε μια ρωγμή, τα σπόρια ενεργοποιούνται, οδηγώντας σε ανάπτυξη των μικροοργανισμών. Τα βακτηριακά σπόρια είναι ανθεκτικά ακραιόφιλα, ικανό να αντέξει τη ζέστη, την ξηρασία και το κρύο για χρόνια μέσα στο σκυρόδεμα.

Επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής του σκυροδέματος, το Basilisk μπορεί να μειώσει τη συνολική ποσότητα σκυροδέματος που χρησιμοποιείται, καθιστώντας έτσι το υλικό πιο βιώσιμο. Παρά το υψηλότερο αρχικό κόστος του αυτοθεραπευόμενου σκυροδέματος, η Green Basilisk εργάζεται για να πείσει τη βιομηχανία ότι η μακροπρόθεσμη εξοικονόμηση στη συντήρηση αξίζει το κόστος.

«Μπορούμε να μειώσουμε τις ενισχύσεις συρρίκνωσης έως και 50%. Αυτό θα σήμαινε ότι αν προσθέσουμε μόνο πέντε κιλά Βασιλίσκου στο μείγμα σκυροδέματος, μπορούμε να εξοικονομήσουμε έως και 30 κιλά καυσίμου ανά κυβικό μέτρο». είπε ο Marc Brants, διευθυντής μάρκετινγκ και λογαριασμών στην εταιρεία. 

Μια άλλη εταιρεία είναι Biomason, a US-based company that grows cement through a biological process with a low carbon footprint. Their biocement technology grows in ambient temperatures, building with carbon and calcium to create controlled, structural cement. Where Portland cement is a calcium-silicate hydrate material that originally comes from liberating carbon from limestone through intensive heating, emitting carbon dioxide as a byproduct. The Biomason "Biocement" είναι μια αντιστροφή αυτής της διαδικασίας, όπου ο άνθρακας και το ασβέστιο συνδυάζονται για να παράγουν ένα βιολογικά σχηματισμένο ασβεστολιθικό υλικό. Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτούνται υψηλή θερμότητα και ορυκτά καύσιμα στη διαδικασία τους και τα υλικά τους χρησιμοποιούν άνθρακα ως δομικό στοιχείο.

Μυκήλιο

Το μυκήλιο αποτελεί μέρος της δομής της ρίζας των μανιταριών και διερευνάται επίσης με διάφορους τρόπους για χρήση στον κατασκευαστικό τομέα.

Biohm, μια εταιρεία με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο, αναπτύσσει επί του παρόντος ένα μονωτικό πάνελ με βάση το μυκήλιο. Ένα βασικό πλεονέκτημα του μυκηλίου είναι ότι μπορεί να καλλιεργηθεί σε απόβλητα αγροτικών προϊόντων και είναι βιοαποδομήσιμο. Περιέχει επίσης χιτίνη, η οποία είναι ένα φυσικό επιβραδυντικό φωτιάς.

«Αυτό που εξετάζουμε είναι να χτίσουμε πάνω σε αυτήν την ιδέα της κυκλικότητας… αν παίρναμε το υλικό πίσω, θα μπορούσαμε να το διασπάσουμε και μετά να το επαναφέρουμε στη διαδικασία ανάπτυξης όταν μεγαλώνουμε το υαλοπίνακας του μυκηλίου. Αυτό είναι κάτι με το οποίο πειραματιζόμαστε επίσης».

Πρακτική στο Λονδίνο Blast Studio έχει αναπτύξει μια μέθοδο για τρισδιάστατη εκτύπωση με ζωντανή μυκήλιο και το χρησιμοποίησε για να σχηματίσει μια στήλη που θα μπορούσε να συγκομιστεί μανιτάρια πριν χρησιμεύσει ως δομικό δομικό στοιχείο. Η στήλη κατασκευάστηκε αναμειγνύοντας μυκήλιο με μια πρώτη ύλη απορριμμάτων φλιτζάνια καφέ που συλλέγονται από όλο το Λονδίνο και τροφοδοτούνται σε έναν εξατομικευμένο ψυχρό εξωθητήρα, παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται για την τρισδιάστατη εκτύπωση με πηλό. Blast Studio εργάζεται για την κλιμάκωση της τεχνολογίας για την εκτύπωση α περίπτερο και στο μέλλον ελπίζει να κατασκευάσει ολόκληρα κτίρια. Η συνιδρυτής Paola Garnousset said this could effectively allow cities to grow αρχιτεκτονική από τα δικά τους απόβλητα, παρέχοντας παράλληλα τροφή στους κατοίκους τους.

Κάνναβις

Darshil Shah, ο οποίος εμφανίστηκε στο Επεισόδιο 15 του podcast Constructive Voices, λειτουργεί με την κάνναβη ως βιοϋλικό. Η κάνναβη μπορεί να συλλάβει τον ατμοσφαιρικό άνθρακα δύο φορές πιο αποτελεσματικά ως δάση ενώ παρέχουν βιοϋλικά αρνητικά σε άνθρακα, με πολυάριθμες μελέτες που εκτιμούν ότι η κάνναβη είναι ένας από τους καλύτερους μετατροπείς CO2 σε βιομάζα. Η βιομηχανική κάνναβη απορροφά μεταξύ 8 έως 15 τόνοι CO2 ανά εκτάριο καλλιέργειας. Το ταχέως αναπτυσσόμενο φυτό καλλιεργείται εδώ και χιλιάδες χρόνια για τις ίνες του, οι οποίες παραδοσιακά χρησιμοποιούνταν για σχοινί, υφάσματα και χαρτί. Σήμερα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για την παραγωγή βιοπλαστικών, δομικών υλικών και βιοκαυσίμων.

Σε μια συνέντευξη με Dezeen, ο Σαχ λέει:

«Οι ισχυρές, άκαμπτες ίνες που σχηματίζουν το εξωτερικό του στελέχους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιοπλαστικών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων εξαρτημάτων αυτοκινήτων, ακόμη και πτερυγίων ανεμογεννητριών και πλαισίων επένδυσης».

Νταρσίλ Σαχ

«Με τα πάνελ επένδυσης από βιοπλαστικές κάνναβης, διαπιστώνουμε ότι είναι μια κατάλληλη εναλλακτική λύση στα πάνελ αλουμινίου, ασφάλτου-πλαστικού και γαλβανισμένου χάλυβα, που απαιτούν μόνο το 15 έως 60 τοις εκατό της ενέργειας για την παραγωγή τους». Τα ρινίσματα, τα οποία είναι το ξυλώδες εσωτερικό μέρος του στελέχους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή «hempcrete», ενός μη φέροντος υλικού πλήρωσης και μόνωσης τοίχων.

Η κάνναβη ερευνάται επίσης ως δομικό υλικό στο Πολυτεχνείο Rensselaer στις ΗΠΑ, όπου έχουν εφεύρει μια εναλλακτική λύση για τον οπλισμό χάλυβα που κατασκευάζεται με κάνναβη. Όχι μόνο θα μειώσει την ποσότητα των εκπομπών άνθρακα, αλλά ισχυρίζονται ότι θα αποφύγει το πρόβλημα της διάβρωσης.

Steel is subject to corrosion and rusting, particularly in structures such as bridges, roads, seawalls and buildings and areas with in environments with high salt concentration, which significantly reduces its lifespan. In highly corrosive environments, lass fibre reinforced polymer (GFRP) rebar are often used instead, which has a high environmental impact.

Εάν η διάβρωση δεν ήταν πλέον ένας παράγοντας, η ομάδα στο Πολυτεχνείο Rensselaer πιστέψτε ότι η διάρκεια ζωής στις ράβδους θα να είναι τρεις φορές περισσότερο από ό,τι είναι τώρα. Αυτή η αύξηση στη διάρκεια ζωής θα μειώσει, επομένως, ακόμη περισσότερο τις εκπομπές άνθρακα.

Ενώ ο οπλισμός κάνναβης τους είναι μια βιώσιμη εναλλακτική λύση στα υπάρχοντα προϊόντα τώρα, αναμένουν ότι η τεχνολογία θα γίνει ακόμη πιο αποτελεσματική στο μέλλον καθώς οι διαδικασίες εξόρυξης θα εξευγενίζονται και τα φυτά εκτρέφονται για τις ίνες τους.

Αν και υπάρχει ενδιαφέρον για την ανάπτυξη νέων βιοϋλικών για δόμηση εδώ και αρκετό καιρό, η οικοδομική βιομηχανία είναι συντηρητική και βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στις τιμές, πράγμα που σημαίνει ότι η αποδοχή ήταν αργή. Ωστόσο, η αυξανόμενη ζήτηση των καταναλωτών για βιωσιμότητα έχει αυξήσει το ενδιαφέρον για αυτές τις καινοτομίες, με αποτέλεσμα ένα πιο ανταγωνιστικό περιβάλλον για τα οικοδομικά υλικά. Μάθετε περισσότερα για τις καινοτομίες και τις πρακτικές σε αυτό το θέμα με εκπαίδευση αειφορίας εδώ.

Ποιο από αυτά τα υλικά πρόκειται να αρχίσετε να χρησιμοποιείτε στα έργα σας;