Biomaterials - Ứng dụng vật liệu sinh học vào xây dựng kiến trúc

Con người đã xây dựng bằng vật liệu tự nhiên suốt hàng nghìn năm, từ gỗ, rơm cho đến tre nứa. Thế nhưng, kể từ Cách mạng Công nghiệp hơn 250 năm trước, sự xuất hiện của bê tông, thép và hàng loạt vật liệu nhân tạo đã làm gián đoạn mối liên kết lâu đời ấy. Khi khủng hoảng khí hậu ngày càng khẩn cấp, nhiều kiến trúc sư bắt đầu trở lại với vật liệu có nguồn gốc sinh học – hay biomaterials – như một giải pháp khử carbon cho ngành xây dựng.

Ngày nay, giới thiết kế không chỉ đổi mới với gỗ – vật liệu truyền thống vốn quen thuộc – mà còn thử nghiệm với nhiều chất liệu ít ngờ tới: gai dầu, bần, rơm rạ, hay thậm chí nấm mốc. Tất cả đang mở ra một hướng đi mới: kiến tạo môi trường sống bằng vật liệu “sống”.

Trong kiến trúc, biomaterials là những vật liệu xây dựng có nguồn gốc từ sinh vật, gồm cây cối và nấm. Một số có thể dùng ở dạng thô như gỗ, rơm; số khác, chẳng hạn mycelium (tơ nấm), cần kết hợp với phế phẩm nông nghiệp để tạo thành vật liệu composite. Điểm chung: chúng chứa ít carbon hơn hẳn so với bê tông hay thép. Đặc biệt, các loại cây như gai dầu, tre, gỗ còn hấp thụ lượng lớn CO₂ trong quá trình sinh trưởng, biến công trình thành một “bể chứa carbon”. Khi hết vòng đời, chúng có thể quay lại đất mẹ.

“Ý tưởng rằng vật liệu có thể được nuôi trồng, sử dụng, rồi trở về với tự nhiên là lẽ thường tình,” kiến trúc sư Robert van der Pol (LMNL, Hà Lan) chia sẻ. “Sử dụng vật liệu hóa thạch với năng lượng ẩn khổng lồ vừa không cần thiết, vừa gây hại cho môi trường, công trình và con người.”

Các vật liệu sinh học như bần, rơm hay hempcrete (hỗn hợp gai dầu và vôi) vốn cách âm, cách nhiệt tự nhiên, lại không chứa độc tố. Chúng giúp tường “thở”, điều hòa độ ẩm, tạo chất lượng không khí trong lành. Trong nhiều trường hợp, chúng vừa chịu lực vừa cách nhiệt, giảm bớt nhu cầu dùng bê tông hay nhiều lớp vật liệu phức tạp. Thậm chí, nhờ cấu trúc có thể tháo rời, nhiều ngôi nhà sau này có thể được tái sử dụng từng bộ phận.

Ví dụ, Cork House (Anh, 2019) được dựng hoàn toàn bằng khối bần ép chồng xếp, không dùng vữa hay khung thép. Khi công trình kết thúc vòng đời, từng viên bần có thể tái sử dụng cho dự án khác.

So với thép, bê tông hay nhựa, biomaterials đòi hỏi bảo trì thường xuyên hơn. Ngoài ra, các quy chuẩn xây dựng, bảo hiểm và chứng nhận hiện vẫn ưu ái vật liệu “bền vĩnh cửu”. Việc đưa một loại vật liệu sinh học mới ra thị trường rất tốn kém và khó khăn. Song các tổ chức phi lợi nhuận, như Built By Nature, đang thúc đẩy quá trình này.

Điều quan trọng, nếu canh tác vật liệu sinh học theo cách làm suy thoái môi trường, lợi ích sẽ mất đi. Nhà khoa học Mae-Ling Lokko (Willow Technologies, Ghana) cảnh báo: nhu cầu lớn có thể gây áp lực lên đa dạng sinh học, đòi hỏi sự đa dạng hóa nguồn cây trồng và chủng nấm.

Một số các vật liệu sinh học phổ biến

Gỗ: lâu đời nhưng chưa bao giờ cũ. Với công nghệ gỗ kỹ thuật (CLT, GLT), gỗ có thể xây dựng nhà cao tầng – như tòa Ascent MKE (Mỹ, cao 87m). Gỗ vừa nhẹ vừa bền, lưu trữ carbon hiệu quả.

Bần (cork): khai thác từ vỏ cây sồi bần, tái sinh sau mỗi 9 năm, càng khai thác cây càng hấp thụ nhiều CO₂. Bần ngày nay không chỉ làm sàn, cách âm mà còn dùng làm tường bao, ốp mặt đứng, như Cork House ở Anh hay Casa 9 ở Ý.

Rơm, sậy: từng là vật liệu mái truyền thống, nay được tái khám phá trong tường và vách cách nhiệt. Các công trình của LMNL (Hà Lan) hay Material Cultures (Anh) khai thác rơm, sậy như một “tấm chăn ấm”, dễ thay thế, thân thiện môi trường.

Gai dầu (hemp): phát triển nhanh, hấp thụ CO₂ mạnh mẽ, đồng thời cải tạo đất. Hempcrete (hỗn hợp gai dầu – vôi) tạo ra những ngôi nhà bền, ấm, như Flat House (Anh) hay khu nhà xã hội ở Paris (Pháp).

Mycelium (tơ nấm): biến phế thải nông nghiệp thành vật liệu nhẹ, cách âm, chống nước, thậm chí chống cháy. Nhiều thử nghiệm từ Hà Lan đến Mỹ đang chứng minh tiềm năng “cách mạng” của tơ nấm trong kiến trúc.

Sự trở lại của biomaterials không chỉ là hoài niệm về thiên nhiên, mà là lời giải cho tương lai kiến trúc bền vững. Khi vật liệu có thể “được nuôi, sử dụng, rồi trở về với đất”, vòng tuần hoàn ấy không chỉ giảm phát thải mà còn mở ra cách xây dựng gắn kết với sự sống.

Nguồn: Wallpaper*

Biên dịch: Hoàng Linh