Είναι τα δομικά υλικά βιολογικής βάσης κατάλληλα για ευρεία χρήση στις κατασκευές;

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Μια πολλά υποσχόμενη λύση σε αυτό το ζήτημα είναι η υιοθέτηση δομικών υλικών με βιολογική βάση σε ευρεία κλίμακα. Τα υλικά αυτά προέρχονται από βιολογικές πηγές (φυτά, ζώα και μικροοργανισμοί) και έχουν σημαντικά χαμηλότερο ενσωματωμένο άνθρακα σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά, όπως το σκυρόδεμα και ο χάλυβας, των οποίων η παραγωγή βασίζεται στα ορυκτά καύσιμα.

Ωστόσο, παρά τα παραπάνω πλεονεκτήματα, η κατασκευή δομικών υλικών από υλικά βιολογικής βάσης παραμένει πρόκληση στις ευρωπαϊκές χώρες λόγω των αυστηρών κανονισμών δόμησης, της περιορισμένης διαθεσιμότητας και της εκτεταμένης έλλειψης τεχνογνωσίας.

Τι θα μπορούσαν να κάνουν όμως οι μηχανικοί και οι σχεδιαστές κατασκευών για να ξεπεραστούν αυτά τα εμπόδια;

Νωρίτερα φέτος, οι συμμετέχοντες στο πρόγραμμα Urban C:lab συζήτησαν αυτό το πρόβλημα με εξωτερικούς συνεργάτες και ειδικούς του κλάδου για να αποκτήσουν γνώση από τις εμπειρίες τους. Οι Joanna Hedley-Smith, Oliver Lerch και Oliver Stainton, μέλη της αντιπροσωπείας της ΕΕ, συνόψισαν τα ακόλουθα βασικά θέματα.

Ένας σημαντικός παράγοντας για τον οποίο συγκεκριμένα υλικά χρησιμοποιούνται στις κατασκευές σχετίζεται με τις ανάγκες απόδοσης. Οι αρχιτέκτονες και οι κατασκευαστές αναζητούν τη μέγιστη δυνατή ομοιομορφία στα τεχνητά υλικά όσον αφορά τις ιδιότητες τους, τον τρόπο χειρισμού τους στο εργοτάξιο και την έλλειψη ανάγκης για σημαντική συντήρηση κατά τη διάρκεια της ζωής τους.

Πρέπει όμως να αναμένουμε να συμβεί το ίδιο και με τα δομικά υλικά βιολογικής βάσης; Ίσως αυτό θα είναι αδύνατο λόγω της εγγενούς μεταβλητότητας των φυσικών υλικών σε σύγκριση με τα κατασκευασμένα, πράγμα που σημαίνει ότι τόσο οι προσδοκίες μας από τέτοια υλικά όσο και το πού τα εφαρμόζουμε θα πρέπει να ληφθούν προσεκτικά υπόψη.

«Τα βιολογικά υλικά δεν μπορούν απλά να αντικαταστήσουν τα συμβατικά υλικά κατασκευής. Δε θα πρέπει να αποτελεί έκπληξη η εκτέλεση εργασιών συντήρησης ή η ανανέωση στοιχείων ενός κτιρίου αφού παρέλθει η διάρκεια ζωής των υλικών που έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή του. Αντίθετα, θα πρέπει να επικεντρωθούμε στο κριτήριο ότι το υλικό έχει ανταποκριθεί στις αρχικές προσδοκίες και στη συνέχεια να το επισκευάσουμε για να παρατείνουμε τη διάρκεια ζωής του», εξηγεί ο Dan Maskell, λέκτορας στο Τμήμα Αρχιτεκτονικής & Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Bath.

Κατά τη διάρκεια της συζήτησης, υπήρξε επίσης συναίνεση ότι η υιοθέτηση βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων από την αγορά θα ήταν ταχύτερη εάν τα υλικά είχαν υποστεί κάποιο επίπεδο τυποποίησης αντί να είναι διαθέσιμα στην πρωτόλεια φυσική τους μορφή. Ο Felix Wierschbitzki, εκπροσωπώντας τις οργανώσεις raumlaborberlin και SLAB, επεσήμανε ότι με την τυποποίηση, η διαχείριση των δομικών υλικών βιολογικής βάσης στο εργοτάξιο, δε θα διέφερε από εκείνη των συμβατικών υλικών και δε θα απαιτούνταν σημαντική επανεκπαίδευση του εργατικού δυναμικού.

Όσον αφορά στις ιδιότητες των υλικών βιολογικής βάσης και τις δομικές τους επιδόσεις, η Katrine Juul, αρχιτέκτονας στη Henning Larsen στην Κοπεγχάγη, εξήγησε ότι έχει αρχίσει να βλέπει μια γενική στροφή προς την αποδοχή της ξυλείας ως εναλλακτικής λύσης στο σκυρόδεμα στη Δανία. Ωστόσο, υπάρχει ακόμη η προσδοκία ότι η δομική μορφή ενός κτιρίου θα παραμείνει ίδια όπως σε μια κατασκευή από σκυρόδεμα, όπου θα πρέπει να επιτευχθούν τα ίδια δομικά ανοίγματα.

«Επιπλέον, είναι σημαντικό να αναρωτηθεί κανείς εάν, για παράδειγμα, τα ψηλά ξύλινα κτίρια συμβάλλουν πράγματι σε ένα πιο φιλικό προς το περιβάλλον δομημένο περιβάλλον, καθώς τα «αειφόρα» υλικά εξαρτώνται πάντα από το περιβάλλον», όπως αναφέρει η Kika Brockstedt, συνιδρυτής της revalu.

Αμφισβητήθηκαν επίσης οι προσδοκίες για την ακουστική απόδοση των κτιρίων. Για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις σε ακουστική, η συμβατική λύση είναι η προσθήκη επιπλέον μάζας σε πλάκες και τοίχους, η οποία αυξάνει τον ενσωματωμένο άνθρακα ενός κτιρίου. Ο Duncan Horswill της Ramboll υποστηρίζει ότι αν καταφέρουμε να μειώσουμε τις προσδοκίες μας για την ακουστική των κτιρίων, θα υπήρχε μια μεγάλη ευκαιρία να περιορίσουμε τις εκπομπές άνθρακα.

Επί του παρόντος, η αγορά των δομικών υλικών βιολογικής βάσης θεωρείται μια εξειδικευμένη αγορά μικρής κλίμακας και είναι δύσκολο να καλύψει τη ζήτηση μεγάλων εργοταξίων με τον τρέχοντα όγκο παραγωγής. Ο David Trujillo της Atelier One και του Πανεπιστημίου του Coventry ανέφερε ότι ακόμα κι αν ξεκινούσαμε απλώς με τα κουφώματα των παραθύρων και των θυρών να είναι κατασκευασμένα από βιολογικές πηγές, σε εθνική κλίμακα, αυτό θα ήταν τεράστιο μέγεθος.

Πώς όμως μπορεί να αυξηθεί σημαντικά η παραγωγή των δομικών υλικών βιολογικής βάσης;

Ο Klaas De Ryke της Bollinger & Grohmann, θεωρεί ότι οι μεγάλοι κατασκευαστές συμβατικών υλικών θα μπορούσαν να είναι το κλειδί. Καθώς η βιομηχανία προσπαθεί να απελευθερωθεί από τις εκπομπές άνθρακα, θα υπάρχει μεγαλύτερη ζήτηση για τους παραγωγούς δομικών υλικών να διαφοροποιηθούν και να μειώσουν τον ενσωματωμένο άνθρακα στο προϊόντικό τους χαρτοφυλάκιο. Αυτές οι εταιρείες είναι καλά εδραιωμένες, διαθέτουν τους πόρους, τις τεχνικές γνώσεις και την εμπειρία για την πιστοποίηση των νέων αυτών δομικών υλικών και να τα παράγουν μαζικά, και, ως εκ τούτου, είναι σε θέση να υποστηρίξουν μικρής κλίμακας κατασκευαστές εναλλακτικών προϊόντων για να κάνουν το ίδιο.

Η Karianne Kraaijestein του βραβείου Built by Nature εξήγησε ότι ήδη βλέπει τη ζήτηση για υλικά βιολογικής βάσης να αυξάνεται γρήγορα. Φέτος πραγματοποιήθηκε η πρώτη έκδοση του βραβείου, το οποίο αποσκοπεί στη διερεύνηση των δυνατοτήτων των βιολογικών υλικών σε παγκόσμια κλίμακα και στην αντιμετώπιση της ανάγκης για μετασχηματισμό στον τομέα. Κατατέθηκαν 297 αιτήσεις συμμετοχής από περισσότερες από 50 χώρες, αποδεικνύοντας ότι το θέμα ήδη απασχολεί τη διεθνή κοινότητα οπότε το ζήτημα της επάρκειας ίσως δεν είναι τόσο τρομακτικό όσο υποθέταμε κάποτε.

Η προβλεπόμενη εκθετική αύξηση του πληθυσμού των αστικών περιοχών στις αφρικανικές χώρες θα μπορούσε να είναι μια εξαιρετική ευκαιρία για να αποδειχθεί η καταλληλότητα των βιολογικών υλικών για χρήση σε βιώσιμες κατασκευές. Η Nyomi Roswell εξήγησε ότι ιστορικά, το δομημένο περιβάλλον των δυτικών χωρών θεωρείται ως πρότυπο για τις αναπτυσσόμενες χώρες, καθώς η τάση είναι να μιμούνται τα αρχιτεκτονικά τους στυλ. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό για τη μελλοντική ανάπτυξη των αστικών περιοχών στην Αφρική, οποιαδήποτε έμπνευση από τον δυτικό κόσμο να επικεντρώνεται στις πιο καινοτόμες, βιώσιμες λύσεις, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι οι σχετικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερες.

«Παρά την αρνητική φήμη των δομικών υλικών βιολογικής βάσης, ιδιαίτερα όσον αφορά την ανθεκτικότητα και την πυρασφάλεια, αυτή η αντίληψη είναι συχνά λανθασμένη», σύμφωνα με τον Dan Maskell. Ένας ουσιαστικός παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν χρησιμοποιούνται καινοτόμα υλικά κατασκευής είναι η σημασία στη λεπτομέρεια κατά την εφαρμογή τους.

«Τα λάθη στη διαδικασία εφαρμογής αυτών των υλικών είναι συχνά υπεύθυνα για την περιορισμένη ανθεκτικότητα και πυρασφάλεια τους», επεσήμανε ο Matthias Oppe της knippershelbig. Επομένως, αυτά τα προβλήματα δεν πρέπει να αποδίδονται αποκλειστικά στο νέο υλικό αλλά μάλλον σε ανθρώπινο λάθος κατά την εφαρμογή.

«Τα φυσικά και παραδοσιακά οικοδομικά υλικά παλαιότερων κατασκευών έχουν αντέξει για αιώνες. Ίσως λοιπόν είναι καιρός να ξεχάσουμε αυτά που μάθαμε τα τελευταία 50 χρόνια και να μάθουμε από τα προηγούμενα 500 χρόνια, σε συνδυασμό με τις σύγχρονες κατασκευαστικές πρακτικές», υποστηρίζει η Katrine Juul. 

Ο Funké Adeosun, παγκόσμιος διευθυντής λύσεων μετάβασης στην Allianz Commercial, εμβάθυνε στο θέμα της ασφάλισης που συνδέεται με την εφαρμογή καινοτόμων υλικών. Ένας βασικός μοχλός πίσω από τη δυνατότητα ασφάλισης κατασκευών με υλικά βιολογικής βάσης (ή οποιουδήποτε νέου υλικού) είναι ο όγκος των διαθέσιμων δεδομένων, ιδίως όταν πρόκειται για δεδομένα αστοχίας υλικού.

Η έλλειψη επαρκών αξιόπιστων δεδομένων εμποδίζει την ακριβή πρόβλεψη και κατανόηση όλων των τρόπων αστοχίας, γεγονός που περιορίζει στη συνέχεια το εύρος και τη διαθεσιμότητα των ασφαλιστικών επιλογών. Αυτό επηρεάζει τη συνολική εμπιστοσύνη σε ένα υλικό, καθώς μπορεί να μην υπάρχει πλήρης κατανόηση των κινδύνων που συνεπάγεται η χρήση του, οπότε είναι αναγκαία περαιτέρω έρευνα, δοκιμές και, κυρίως, παρακολούθηση κτιριακών έργων που έχουν χρησιμοποιήσει υλικά βιολογικής βάσης.

Πώς μπορούν λοιπόν αυτά τα υλικά να χρησιμοποιηθούν σε κατασκευαστικά έργα σήμερα;

Θα χρειαστεί συνεργασία με τις ρυθμιστικές αρχές. Όσα υλικά δεν καλύπτονται από υφιστάμενους κανονισμούς, απαιτείται συνήθως μια μοναδική διαδικασία έγκρισης που περιλαμβάνει πρότυπα και αυστηρές δοκιμές. Μόλις το υλικό έχει εφαρμοστεί σε ένα έργο, η συνεχής επιθεώρηση και συντήρηση είναι συνήθως απαραίτητες για αρκετά χρόνια μετά την ολοκλήρωση, κάτι με το οποίο ο Patrick Teuffel του Circular Structural Design και του SRH Berlin School of Technology απέκτησε εμπειρία κατά την κατασκευή πεζογεφυρών από πολυμερή ενισχυμένα με ίνες στο Almere το 2022 και στο Ulm το 2024.

Επιπλέον, φαίνεται να υπάρχει έλλειψη ενδιαφέροντος των κατασκευαστικών εταιρειών για επενδύσεις στην έρευνα για νέα δομικά υλικά. Σύμφωνα με τον Manfred Curbach, διευθυντή στο Institute for Massivbau του Τεχνικού Πανεπιστημίου της Δρέσδης, οι εταιρείες αντιμετωπίζουν συχνά περιορισμένα περιθώρια κέρδους. Κατά συνέπεια, αυτός ο οικονομικός περιορισμός εμποδίζει την δυνατότητα τους να διαθέσουν πόρους για την εξερεύνηση νέων δομικών υλικών.

Σε όλη την Ευρώπη, αλλά και παγκοσμίως, θέτονται στόχοι και οδικοί χάρτες για τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του κατασκευαστικού τομέα. Σε αυτό το πλαίσιο, η Δανία είναι η πρώτη χώρα της ΕΕ που επιχειρεί μια μεγάλη αλλαγή σε εθνικό επίπεδο. Πρόσφατα εισήγαγε πιο αυστηρούς στόχους άνθρακα, τόσο για τον ενσωματωμένο άνθρακα στα δομικά υλικά άνθρακα, όσο και για τον άνθρακα που προκύπτει από την κατανάλωση ενέργειας για τις ανάγκες της κατασκευής με την πάροδο του χρόνου, μειώνοντας την τιμή από 12 το 2024 σε 7,5 kg CO₂e/m²/έτος έως το 2030.

Εργαζόμενοι στη Δανία, τόσο η Katrine Juul όσο και ο Duncan Horswill έχουν ήδη παρατηρήσει αυξημένο ενδιαφέρον και κίνητρο για τη χρήση εναλλακτικών λύσεων δομικών υλικών για να διασφαλιστεί ότι οι στόχοι μπορούν να επιτευχθούν. Ομοίως, μια αλλαγή εστίασης έλαβε χώρα στα επενδυτικά χαρτοφυλάκια θεσμικών επενδυτών με έδρα τη Δανία, όπως τα συνταξιοδοτικά ταμεία. Ο Duncan Horswill εξήγησε ότι αυτές οι εταιρείες έχουν πλέον αυξημένο ενδιαφέρον για επενδύσεις σε υγιή και βιώσιμα κτίρια, μετά την εισαγωγή των νέων κανονισμών. Ίσως λοιπόν το κλειδί για την αλλαγή στον κλάδο είναι η δημιουργία κανονισμών.

Ο Paul Rogers του Buro Happold ανέφερε ότι με μια ολοένα αυξανόμενη ζήτηση για στέγαση στις πόλεις, τα οφέλη από τα βιολογικά υλικά θα μπορούσαν να αποτελέσουν κινητήρια δύναμη για τη δημιουργία πιο ελκυστικών ακινήτων και επενδύσεων. Τα οφέλη για την υγεία και την ευημερία που σχετίζονται με τα βιοϋλικά θα μπορούσαν να ποσοτικοποιηθούν και να μετρηθούν και στη συνέχεια να καθοδηγήσουν τις απαιτήσεις σχεδιασμού των νέων κτιρίων, παράλληλα με τη χρήση ενέργειας και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. 

«Ως σημείο εκκίνησης, θα μπορούσε να είναι η εστίαση στην εφαρμογή υλικών βιολογικής βάσης σε μη φέροντα στοιχεία, όπως διαχωριστικά τοιχώματα, δάπεδα, μόνωση ή στοιχεία πρόσοψης», είπε ο Manfred Curbach, καθώς αυτά αποτελούν στοιχεία χαμηλότερου κινδύνου σε περίπτωση αστοχίας. Στη συνέχεια, η κλιμακούμενη εφαρμογή αυτών των υλικών θα μπορούσε να είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της επιτυχίας τους, επιτρέποντας τη σταδιακή αύξηση της ζήτησης χωρίς να επιβαρυνθεί η προσφορά, καθώς και επιτρέποντας στις ασφαλιστικές και ρυθμιστικές αρχές να συμβαδίσουν, όπως ανέφεραν οι David Trujillo και Funké Adeosun.

Οι απόψεις των ειδικών του κατασκευαστικού κλάδου κατέδειξαν ότι δεν υπάρχει ενιαία λύση στο θέμα της χρήσης εναλλακτικών υλικών στις κατασκευές. Θα είναι πάντα ένας συνδυασμός εφαρμογής μιας προσέγγισης «πρώτα το υλικό» και αξιολόγησης του τι πραγματικά χρειάζεται για ένα το έργο. Η υπέρβαση των εμποδίων που αναφέρονται παραπάνω δεν είναι μια απλή διαδικασία, αλλά όσο η ζήτηση υπάρχει και αυξάνεται, θα δούμε αποτελέσματα, όπως αυτά που είναι ήδη απτά μετά την υλοποίηση των στόχων για τον ενσωματωμένο άνθρακα στα δομικά υλικά που εισήγαγε η Δανία.

Με πληροφορίες από burohappold.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR