Cuộc khủng hoảng khí hậu diễn ra trong thập kỷ qua đã buộc nhiều lĩnh vực phải thay đổi, cải tiến để bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí nhà kính và chống lại hiện tượng nóng lên toàn cầu. Trong đó, lĩnh vực kiến trúc là một trong những lĩnh vực đã thừa nhận sức ảnh hưởng của mình đến tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu và khuyến khích phát triển những ý tưởng kiến trúc xanh hay kiến trúc bền vững.
Trên thế giới, nhiều công ty khởi nghiệp, kiến trúc sư đã nghiên cứu và ứng dụng những cách tiếp cận mới trong kiến trúc - chủ yếu về phương pháp thiết kế và vật liệu xây dựng, hướng tới mục tiêu giảm tối thiểu lượng khí CO2 thải ra trong quá trình xây dựng công trình kiến trúc và những mục tiêu bền vững khác.
Sử dụng vật liệu xây dựng sinh học
Theo nghiên cứu khoa học, thép và bê tông là nguyên nhân gây ra 14 - 16% lượng khí CO2 phát thải liên quan đến năng lượng toàn cầu. Để giảm lượng khí phát thải, giới chuyên môn đã đặt ra cách thức giải quyết vấn đề không chỉ xuất phát từ việc phải giảm lượng khí CO2 do hoạt động sản xuất thép và bê tông gây ra, mà còn phải hạn chế sử dụng hai loại vật liệu này trong kiến trúc. Do đó, nhiều công ty khởi nghiệp đã phát triển các ý tưởng sáng tạo về việc sử dụng vật liệu sinh học, vật liệu in 3D để xây dựng các công trình.
Theo Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA), vật liệu sinh học đề cập đến các sản phẩm bao gồm một hoặc nhiều chất có nguồn gốc là vật chất sống (sinh khối) có trong tự nhiên hoặc nhân tạo và các sản phẩm của quá trình sử dụng sinh khối.
Vật liệu sinh học trong xây dựng được coi là giải pháp thay thế vì môi trường cho vật liệu xây dựng truyền thống như thép và bê tông, bởi cả quá trình sản xuất và quá trình sử dụng chúng đều giúp giảm thiểu lượng khí CO2 thải ra môi trường. Chúng có có thể tồn tại trong một vòng tuần hoàn với khả năng phân hủy sinh học, tái chế và tái sử dụng.
Tại Tuần lễ Thiết kế Phần Lan 2021, nhóm các kiến trúc sư và nhà khoa học đã cho ra mắt một tòa nhà được xây dựng từ 100 loại vật liệu sinh học khác nhau. Dự án có tên The Expl Exploded View Beyond Building được dựng lên từ các vật liệu như: Gạch sợi nấm, tấm vỏ sò và vật liệu in 3D từ chất thải công nghiệp.
Phương pháp thiết kế để tháo rời
Thiết kế để tháo rời (Design for Disassembly - DfD) được định nghĩa là phương pháp thiết kế tòa nhà nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho các thay đổi trong tương lai. Sự thay đổi chủ yếu là tháo dỡ (một phần hoặc toàn bộ) để phục hồi hệ thống, tái chế, tái sử dụng thành phần và vật liệu, do đó đảm bảo tòa nhà có thể được xử lý hiệu quả nhất có thể khi đã hết tuổi thọ và khả năng sử dụng.
Phương pháp này được phát triển dựa trên sự thừa nhận thực tế rằng ngành xây dựng là ngành tiêu tốn vật liệu thô lớn nhất. Theo nghiên cứu của Đại học Nottingham (Anh), trong 1 năm, hoạt động xây dựng trên toàn thế giới sử dụng 3 tỷ tấn vật liệu thô, chiếm khoảng 40% tổng lượng vật liệu thô sử dụng toàn cầu.
Những nguyên, vật liệu này hầu hết không thể tồn tại trong một vòng tuần hoàn sử dụng - tái chế - tái sử dụng. Do đó, DfD liên quan đến việc tìm hiểu vòng đời hoàn chỉnh của vật liệu xây dựng và cấu trúc công trình, từ đó đưa ra các quy định và hướng dẫn để tái sử dụng thành phần của một công trình sau khi tháo dỡ với mục đích tiết kiệm và giảm lãng phí vật liệu.
Để xây dựng một công trình hiệu quả với phương pháp DfD, kiến trúc sư cần tuân thủ một số quy trình và nguyên tắc sau.
Thứ nhất, cần phải lập một kế hoạch giải cấu trúc chi tiết, bao gồm hướng dẫn về việc tháo rời các phần tử, cũng như xem xét các thành phần, vật liệu của tòa nhà và cách chúng được tái sử dụng, tái chế hoặc thu hồi.
Thứ hai, phương pháp DfD đòi hỏi phải có sự nghiên cứu sâu rộng về vật liệu xây dựng để chọn những vật liệu không độc hại, chất lượng cao (chịu được việc lắp ráp và tháo rời) và có khả năng tái chế tốt. Quá trình lựa chọn vật liệu trong phương pháp thiết kế này xoay quanh các câu hỏi như: Tại thời điểm cuối vòng đời sử dụng, thành phần hay vật liệu đó sẽ có trạng thái như thế nào? Làm thế nào để chúng có thể được sử dụng lại hoặc bán lại cho nhà cung cấp?
Thứ ba, một nguyên tắc cơ bản của DfD là kết nối các thành phần bằng phương pháp vật lý và chọn loại ván ghép thích hợp để dễ tháo dỡ, tránh phải sử dụng các thiết bị, công cụ phức tạp. Nên sử dụng ván ghép thanh cơ học, phương pháp bắt vít hoặc đóng đinh để liên kết các thành phần. Không nên ứng dụng những phương pháp kết nối không thể tháo rời bằng vật liệu hóa học như chất kết dính, chất bịt kín, keo dán hoặc hàn, điều này sẽ khiến vật liệu khó tách rời và tái chế.
Vật liệu xây dựng sinh học và phương pháp DfD đều là những cách tiếp cận mới, chưa hoàn thiện và cần tiếp tục nghiên cứu phát triển. Đối với vật liệu sinh học, tính ứng dụng của chúng đối với các công trình xây dựng đang tiếp tục được thử nghiệm để cải thiện và nâng cao trong tương lai.
Đối với phương pháp DfD, chi phí tháo dỡ và mục đích sử dụng vật liệu sau khi tháo dỡ là những thách thức mà phương pháp này phải đối mặt và xử lý bằng thực nghiệm, tuy nhiên, DfD vẫn được đánh giá là tiềm năng, cần được mở rộng trong lĩnh vực kiến trúc.
Nhìn chung, ngành kiến trúc trên thế giới đã nhận thức sâu sắc và mạnh mẽ về vấn đề giảm phát thải CO2, bảo vệ khí quyển và môi trường nói chung. Để đạt được mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 của Thỏa thuận Paris 2015 và Hội nghị COP26, kiến trúc sẽ phải đi đến một giai đoạn mới với nhiều cách tiếp cận mới, nhiều phương thức thiết kế và xây dựng mới có tính bền vững hơn, an toàn hơn./.
