חומרי בנייה עתידיים אקולוגיים

המגמה להשתמש בחומרים טבעיים ומתחדשים במבנים אינה עוצרת ביישומים שוליים כגון בידוד או ציפויים, אלא חודרת לתחומים לבנים, בטון וחומרי בנייה מרכזיים. מיזמים מבוססי חומרים כגון מיצליום, קני סוכר, קוקוס ואפילו תאים חיים, מסמנים שינוי ממשי בדרך שבה נבנים מבנים ברחבי העולם, כדי לשמור על משאבי הטבע, לצמצם את טביעת הרגל הפחמנית ולשפר את העמידות והיעילות האנרגטית של מבנים.

חומרים מבוססי קוקוס ולימון

חוקרים מהמכון המלכותי לטכנולוגיה בסטוקהולם (KTH) הצליחו לפתח חומר בנייה חסכוני באנרגיה המבוסס על קוקוס ולימון. לפי המחקר שפורסם בכתב העת המדעי Small, שילוב הפירות עם מבנה מבוסס עץ יצר "סוללת אנרגיה תרמית" המאפשרת שמירה על טמפרטורה מאוזנת ושינוי השקיפות של החומר.

במשך היום, החומר נעשה שקוף, והדבר מאפשר לחום להיאגר בתוכו תוך כדי קידום תאורה טבעית. בלילה החומר משחרר את החום האגור בו וחוזר להיות אטום, וכך מפחית את עלויות האנרגיה למיזוג תוך שמירה על פרטיות. החוקר פטר אולסן מסביר: "מולקולות הקוקוס יכולות לעבור ממצב מוצק לנוזל, וכך לקלוט אנרגיה, או ממוצק לנוזל, ולשחרר אנרגיה, ממש כמו מים שמתקררים או מתאדים."

תהליך יצירת החומר כולל הפקת ליגנין מעץ שנקטף באופן בר-קיימה ופתיחת תעלות זעירות בדפנות התאים. בתוך תעלות אלו מוזרקות תמציות של קליפת לימון ושמן קוקוס. מולקולות המבוססות על קליפות הלימון מחזקות את המבנה ומאפשרות שקיפות בתנאי חום, ומולקולות הקוקוס נלכדות במבנה ומשמשות לאגירת אנרגיה.

לפי החישובים של החוקרים, כ-100 קילוגרם של החומר בטמפרטורה של 24 מעלות צלזיוס עשויים לחסוך כ-2.5 קילוואט-שעה ביום לצורכי חימום וקירור. עם חומרים זולים ומתחדשים כגון עץ, לימון וקוקוס, המאפשרים שמירה על סביבה ירוקה וחסכונית באנרגיה, החומר נחשב פתרון אידיאלי גם בפרויקטים גדולים.

לבנים מפסולת חוסכות אנרגיה

צוות חוקרים מאוניברסיטת RMIT באוסטרליה פיתח לבנים חדשניות המיוצרות מפסולת זכוכית ואפר של פסולת מוצקה, המחליפות את הצורך בחמר בתהליך הייצור. היתרונות שבפיתוח כוללים מניעת כניסת אשפה למטמנות, שיפור יכולות הבידוד והפחתת עלויות הייצור.

המחקר עשוי לסייע בהפחתת זיהום האוויר הנגרם מייצור של 1.5 מיליארד לבנים ידניות ברחבי העולם מדי שנה, המיוצרות בתנורים המופעלים באמצעות פחם. לפי קואליציית האקלים והאוויר הנקי, תנורים אלו תורמים ל-20% מפליטת הפיח הגורמת נזקי בריאות, פוגעת בגידולים חקלאיים ומחמירה את שינויי האקלים.

צוות RMIT מעריך, כי 1.4 טריליון לבנים משמשות בפרויקטים של בנייה בעולם מדי שנה. "ייצור לבנים באופן מסורתי מייצר פליטות מזיקות של פחמן דו-חמצני, גופרית דו-חמצנית וכלור, ויוצר עומס כבד על המשאבים הטבעיים שלנו, במיוחד על חמר", הסביר ד"ר דילן רוברט שהוביל את המחקר.

על ידי שילוב של 20% אפר משריפת פסולת ו-15% פסולת זכוכית, אפשר להוריד את טמפרטורת התנורים ב-20%. הדבר מביא לחיסכון ישיר בעלויות. הלבנים החדשות גם משפרות את יכולת הבידוד ועשויות להביא לחיסכון של עד 5% בחשבונות החשמל הביתיים.

מעבר לכך, הטכניקה מאפשרת להשתמש בפסולת זכוכית דקה שאי אפשר למחזר מחדש לבקבוקים ולמכלים. הלבנים עומדות בתקן האוסטרלי לחוזק ועמידות, ואפשר להשתמש בהן בבנייה. הן קלות משקל וזמינות במגוון צבעים. "הלבנים שלנו, המיוצרות מפסולת תעשייתית, עומדות בתקנות הסביבתיות", ציין מהנדס אוניברסיטת RMIT, ביפלוב פרמניק.

ישנם מחקרים נוספים בעולם לפיתוח לבנים ידידותיות לסביבה. לדוגמה, חוקרים בסקוטלנד מפתחים לבנים שיכולות לצוף, ובפרויקט אחר נעשה שימוש בסוכר ליצירת בלוקים.

החוקרים ב-RMIT מקווים, כי הלבנים המבוססות על פסולת יסייעו להפחית את ייצור הפיח ולשפר את היעילות האנרגטית. "ללבנים תפקיד מרכזי במניעת אובדן אנרגיה ממבנים", ציין ד"ר רוברט בדו"ח המעבדה.

לבני Sugarcrete מתעשיית קני הסוכר

תעשיית הבנייה עשויה לעבור מהפך בעזרת פיתוח חדשני הנקרא Sugarcrete - לבנים ידידותיות לסביבה המיוצרות משאריות קני סוכר. מחקר משותף של סטודיו Grimshaw לאדריכלות ואוניברסיטת מזרח לונדון (UEL), הביא ליצירת לבנים אלו, העשויות מבגאס (bagasse), תוצר לוואי של קני הסוכר. המוצר פותח כאלטרנטיבה ירוקה וזולה לשימוש בלבנים ובטון, ומשמש כלבנה, כלוח מבודד ואף כאלמנט נושא עומס.

הצורך באלטרנטיבות ירוקות

בהתאם למטרות הגלובליות לצמצום ההתחממות ל-1.5 מעלות צלסיוס בשנה, קצב הבנייה ברחבי העולם הולך וגדל וצפוי להכפיל את עצמו עד שנת 2060. Armor Gutierrez Rivas, מרצה בכיר ב-UEL הסביר, כי פיתוח פתרונות חלופיים לשיטות הבנייה המסורתיות הכרחי כדי להתמודד עם צרכים אלו. יתרון נוסף של Sugarcrete הוא שימוש בטכנולוגיות מתקדמות כגון רובוטיקה ומציאות רבודה, ההופכות את הלבנים לאופציה קלה להרכבה ולפירוק במגוון פרויקטים.

יתרונות סביבתיים ושימוש חוזר בפסולת

אחד היתרונות המרכזיים של Sugarcrete הוא טביעת הרגל הפחמנית הנמוכה שלו. תעשיית המלט אחראית ל-8% מזיהום הפחמן בעולם - יותר מאשר תעשיית התעופה. Sugarcrete מייצר רק 15%-20% מהפחמן הנפלט בתהליך הייצור של לבנים רגילות. למעשה, טביעת הרגל הפחמנית שלו נמוכה פי 20 מזו של בטון, והוא קל ממנו פי ארבעה עד חמישה.

החומר מיוצר משאריות קני סוכר שהן משאב מתחדש. קני סוכר הם היבול הנפוץ ביותר מבחינת נפח ייצור, והשימוש בשאריות שלו לפיתוח חומרי בנייה מסייע לקזז את ההשפעות השליליות של הגידול.

מועמדות לפרס Earthshot ועתיד הפיתוח

Sugarcrete הוכר כמועמד לפרס Earthshot המוקיר פרויקטים יוצאי דופן בתחום הקיימות. הצוות מאחורי Sugarcrete מתכנן לפתח בעתיד כלים דיגיטליים שיוכלו לשלב את המידע על זמינות חומרי הלוואי למיניהם מאזורים מגוונים ולהתאים את השימוש ב-Sugarcrete לצרכי הבנייה הגלובליים.

פרופסור צ'לסי הוורן מאוניברסיטת מדינת מונטנה חושפת שיטה חדשנית לשימוש בתאים חיים בתוך חומרי בנייה, אשר עשויה להפוך את עולם הבנייה לירוק ועמיד יותר. השימוש במה שמכונה "חומרים חיים מהונדסים" (ELMs) עשוי להיות הפתרון לצמצום הזיהום שנוצר בתעשיית הבנייה, הכוללת ייצור של בטון ומלט, שני חומרים האחראים ל-25% בערך מזיהום הפחמן בעולם.

הוורן, שקיבלה השראה מתפקוד העצמות בגוף האדם מסבירה, כי התאים החיים במבנה דומים לאופן שבו עצמות מספקות פונקציה מכנית לאורך חיי האדם. "עצמות, אשר משמרות תאים חיים ומספקות תמיכה מבנית, עמידות שנים רבות בלי לעבור כשל מכני - נתון נדיר במכשירים מהונדסים", אמרה.

כיום, התאים החיים עדיין לא יכולים לשרוד לאורך זמן במבנים שתומכים במשקלים כבדים, אך הוורן מציינת הצלחה מסוימת בשימוש במיקרובים (אורגניזמים זעירים) כתחליף לחומרים קונבנציונליים. חברת בנייה בקולורדו, לדוגמה, מייצרת בלוקים מבטון באמצעות מינרלים שנוצרו מאצות פוטוסינתטיות. הדבר מקדם את הרעיון של בנייה בת-קיימה.

הוורן והצוות שלה לא לבד במאמץ לפתח חומרים חיים לבנייה. חומרי בנייה מתחדשים כגון אצות ו-hempcrete (קנבוס - צמח שמפיקים ממנו סיבים חזקים לחבלים או שקים) החודרים למרכז תשומת הלב העולמית, מציעים פתרונות ביודגרדביליים.

המחקר של הוורן עורר עניין רב והביא לכנס ELM הראשון שהתקיים ביולי האחרון, עם 140 משתתפים מאקדמיה ומהתעשייה, לצורך שיתוף פעולה וקידום התחום החדשני. הוורן אופטימית לגבי העתיד: "אני חושבת שבעתיד נראה הרבה חומרי בנייה סביבנו שכבר לא יהיו אינרטיים אלא יכילו רכיבים חיים שיבצעו תפקידים מסוימים."

לבנים מודולריות מפטריות

פיתוח פורץ דרך בתחום האדריכלות עשוי לשנות את הדרך שבה נבנים מבנים - והכול בעזרת פטריות. חברת האדריכלות PLP Architecture, באמצעות שיתוף הפעולה שלה עם PLP Labs בלונדון, פיתחה בלוקים מודולריים המיוצרים מהדפסת תלת-ממד של עץ ומיצליום, חלקה הצמחי של הפטרייה. בלוקים אלו לא רק קלים ומותאמים לשימושים רבים אלא גם ניתנים למיחזור, מתכלים ועמידים באש.

התהליך ליצירת הבלוקים כולל מילוי תבנית בנסורת, המפ (קנבוס) ופשתן. לאחר מכן המיצליום גדל בתוך הבלוק ויוצר רשת סיבים שמחליפה לבנים וחומרי בנייה מסורתיים. גישת הבנייה הזו, שנקראת סומביוטקטורה (שילוב של "סימביוזה" ו"אדריכלות"), מחברת את תחום הבנייה עם הטבע מתוך כוונה לצמצם את הזיהום שגורמת תעשיית הבנייה, האחראית לכ-40% מזיהום הפחמן השנתי.

ב-PLP מבקשים לקדם את השימוש במיצליום מתחום הבידוד והאקוסטיקה לתחומים מרכזיים כגון בלוקים נושאי משקל. המיצליום, המתפתח באופן טבעי מתחת לאדמה, סופג חומרים מזינים מסביבתו ומצמיח בסוף התהליך פטריות. "זה חומר אקולוגי מתחדש, בר-קיימה ומתכלה", אמרה ג'ניה אנדרסון, שותפה בכירה ב-PLP.

בלוק מוצק שפיתחה החברה כולל רשת של דיבלים המשמשים כמסגרת חיזוק, שעליה יכול המיצליום להיאחז וליצור מבנה חזק ועמיד. יתרונות הבלוקים האורגניים הם גידול וקציר תוך השפעה מינימלית על הסביבה. בשונה מבטון ופלדה שאינם מתחדשים או מתכלים, בלוקים מבוססי המיצליום משמשים תחליף ידידותי לסביבה שעשוי להשתלב במגוון שימושים. ב-PLP גם עובדים על ערכות DIY לבנייה עצמית המאפשרות ליצור בלוקים מותאמים אישית לפי צורכי המשתמש.

"זה מבנה מוצק המשתמש בהרבה פחות חומר", הסבירה אנדרסון תוך הצגת וידאו המתעד את צמיחת הבלוק. "זה מבנה אורגני מאוד, ואנו מצפים לראות לאן הוא ייקח אותנו."

לפרטים נוספים