KIẾN TRÚC SƯ ĐANG "HỌC THEO" THIÊN NHIÊN
ĐỂ TẠO RA CÁC TOÀ NHÀ ÍT CARBON

Dự án Trường Mầm non TD do Capital House đầu tư, đang được tư vấn bởi VILANDCO (Nguồn: Ashui.com)

Thực vật và động vật đã thích nghi với môi trường của chúng—và hiện nay với một số công cụ mô phỏng sinh học hy vọng sẽ giúp con người làm điều tương tự.

Liệu một tòa nhà có thể hoạt động giống như một khu rừng—bằng cách tự tạo ra năng lượng của chính nó, hấp thụ nước sẵn có trong tự nhiên và không tạo ra chất thải?

Đây là một trong những gợi ý đằng sau thiết kế của Trung tâm Bullitt, một tòa nhà văn phòng sáu tầng ở Seattle, Washington.

Được xây dựng vào năm 2013, tòa nhà nhằm mô phỏng một khu rừng linh sam Douglas—loại cây từng che phủ khu vực hiện tại trong thành phố—bằng cách lấy mọi thứ cần thiết từ môi trường xung quanh và không thải ra khí độc. Toà nhà cao 30 mét này, thu toàn bộ nước từ lượng mưa, trong khi tất cả chất thải của nó được ủ phân tại chỗ và trả lại cho đất. Một tán cây giống như thế tương đương 575 tấm pin mặt trời, cho phép tòa nhà trở thành một máy phát năng lượng tích cực, tạo ra nhiều hơn khoảng 30% điện năng so với mức tiêu thụ.

Những tòa nhà như thế này chính xác là những gì thế giới cần để giảm mức tiêu thụ năng lượng và giúp chống lại—hoặc thay đổi biến đổi khí hậu. Để tạo cảm hứng, các kiến ​​trúc sư đang chuyển sang khoa học (mặc dù có lẽ đây cũng là một nghệ thuật) phỏng sinh học: thực hành mô phỏng các hệ sinh thái, quy trình và sinh vật của tự nhiên để tìm giải pháp bền vững cho các vấn đề của con người.

Nhân loại luôn lấy cảm hứng từ thiên nhiên — hãy nghĩ đến Velcro và những chiếc móc nhỏ trên hạt giống cây trồng, mái vòm nhà thờ và vỏ trứng, mũi tàu cao tốc và mỏ chim bói cá. Nhưng mô phỏng sinh học trong kiến ​​trúc có mục đích cụ thể là giảm tác động của các tòa nhà đối với môi trường. Có một nhu cầu rõ ràng về điều này: Các hoạt động xây dựng, cùng với vật liệu và quy trình xây dựng, là nguyên nhân cho 47% lượng khí thải carbon của thế giới.

Theo bước chân của tự nhiên đã dẫn đến việc tạo ra các vật liệu xây dựng sáng tạo bền vững hơn nhiều so với các sản phẩm truyền thống. Lấy cảm hứng từ các rạn san hô, công ty BioMason của Hoa Kỳ, có trụ sở tại Bắc Carolina, đã phát triển xi măng sinh học để thu carbon trong quá trình sản xuất, một sự đảo ngược hoàn toàn so với những gì thường xảy ra khi sản xuất xi măng (sản xuất xi măng truyền thống chiếm từ 7 đến 8% lượng khí thải toàn cầu ).

BioMason sử dụng các mảnh đá granit tái chế, sau đó bổ sung vi khuẩn, canxi và cacbon để kích thích hoạt động tạo ra canxi cacbonat, về cơ bản là tái tạo quá trình san hô hình thành bộ xương của chúng như thế nào. Xi măng sinh học trung hòa carbon—có tác dụng thải ra ít carbon hơn 99,4 phần trăm so với dạng xi măng được sử dụng phổ biến nhất—đã được áp dụng trong cả các dự án của chính phủ và thương mại trên khắp Hoa Kỳ và Châu Âu.

Sau đó là Biohm, một công ty nhận ra rằng không có thứ gì gọi là lãng phí trong tự nhiên. Sau khi chú ý đến khả năng phân hủy của sợi nấm—sợi rễ mạnh mẽ và linh hoạt của nấm—họ đã khai thác quy trình này để tái chế các vật liệu phi tự nhiên, bao gồm cả nhựa, sử dụng thứ này làm thức ăn để "phát triển" sợi nấm, tấm cách nhiệt có thể phân hủy được bằng khuẩn ty thể trong một quy trình không chứa carbon, điều này giúp cô lập ít nhất 16 tấn carbon mỗi tháng

Xây dựng bằng vật liệu mô phỏng lại là một trong những thành công của mô phỏng sinh học, nhưng thiên nhiên cũng chỉ cho chúng ta cách xây dựng ở một mức độ nào đó. Bea Spolidoro, hiệu trưởng tại Fisher Architecture ở Pittsburgh, Pennsylvania cho biết: “Có thể tìm thấy một số ví dụ thú vị trong các dự án nghĩ về hình học tự nhiên và cách tạo ra các hình dạng phức tạp với ít vật liệu xây dựng hơn. Cô ấy nói rằng việc bắt chước các hình dạng cấu trúc được tìm thấy trong tự nhiên cuối cùng có thể làm giảm lượng khí thải carbon trong xây dựng.

Bà Bea Spolidoro, hiệu trưởng tại Fisher Architecture ở Pittsburgh (Nguồn: linkedin.com)

Một ví dụ tương tự như vậy là Dự án Eden ở Cornwall, được thiết kế bởi Grimshaw Architects. Thiết kế hai nhà kính—một trong số những sự tự hào là khu rừng nhiệt đới có độ che phủ nhất thế giới—được đặt trong các mái vòm và đo đạc trên địa điểm của một hố đất sét khai hoang, một bề mặt tòa nhà không bằng phẳng. Mô hình cho những mái vòm này là bong bóng xà phòng, giúp tạo ra một hình thức tòa nhà hoạt động bất kể địa điểm mặt đất thế nào.

Dự án Eden ở Cornwall (Nguồn: Wikipedia.org)

Ngành xây dựng có xu hướng chống lại sự thay đổi, nhưng kiến ​​trúc sư Michael Pawlyn—một trong những nhà thiết kế chính của Dự án Eden và là người sáng lập studio kiến ​​trúc Exploration Architecture—thấy mọi người trong ngành cuối cùng cũng nhận ra rằng “kinh doanh gần với thông thường là không đủ." Pawlyn, một người ủng hộ lâu năm cho mô phỏng sinh học, cho biết nó đã nhanh chóng thay đổi từ một phương pháp tốt nhất thành một phương pháp thiết yếu.

Pawlyn nói: “Năm năm trước, tôi đã nói rằng những lợi ích tiềm năng của mô phỏng sinh học là sự gia tăng triệt để hiệu quả sử dụng tài nguyên, thiết kế toàn bộ ý tưởng về chất thải và mang lại sức khỏe tốt hơn. “Bây giờ, tôi muốn nói rằng đây là cơ hội tốt nhất để chúng ta tạo ra một nền văn minh sinh thái, trong đó tất cả chúng ta có thể phát triển trong giới hạn của hành tinh.”

Nhưng việc biến mô phỏng sinh học thành một thực hành kiến ​​trúc tiêu chuẩn có thể mất một thời gian nếu các kiến ​​trúc sư và kỹ sư khó tìm ra và áp dụng các giải pháp. Đó là lý do tại sao Cynthia Fishman và nhóm của cô ấy tại Liên minh thiết kế mô phỏng sinh học (BDA) đang tạo ra một loại cửa hàng một cửa cho những ai muốn khám phá các thiết kế và sản phẩm mô phỏng sinh học và kết hợp chúng vào công việc của họ. Cơ sở dữ liệu của BDA, Ensprd, được tạo bởi và dành cho các kiến ​​trúc sư, đặc biệt tập trung vào các ví dụ về mô phỏng sinh học có thể được sử dụng để giảm thiểu biến đổi khí hậu trong môi trường xây dựng.

Fishman, người sáng lập và giám đốc của BDA, muốn tạo ra công cụ này để làm cho mô phỏng sinh học trở nên phổ biến hơn trong kiến ​​trúc. Cô giải thích: “Các kiến ​​trúc sư và nhà thiết kế thường không có quyền truy cập vào dữ liệu khoa học và đôi khi khi họ làm vậy, rất khó để áp dụng nó vào thế giới thiết kế. “Và có rất nhiều ví dụ về mô phỏng sinh học ngoài kia, vì vậy tôi hy vọng rằng bằng cách tổng hợp chúng thành cơ sở dữ liệu, nó sẽ giúp cho việc mô phỏng sinh học trở nên dễ tiếp cận hơn.”

Cho đến nay, Ensprd—được tài trợ bởi một khoản tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ—được tạo thành từ ba hạng mục. Phần đầu tiên có các khái niệm mà chính BDA đã nghĩ ra sau khi nghiên cứu các sinh vật có tiềm năng mô phỏng sinh học. “Hy vọng là người dùng sẽ lấy những khái niệm này và triển khai chúng trực tiếp trong các dự án của họ hoặc sử dụng chúng như một điểm xuất phát,” Fishman nói.

Trang web https://www.ensprd.com/

Loại thứ hai tập trung vào các nguyên mẫu đã được thử nghiệm kỹ thuật số hoặc vật lý. Theo Fishman, đây là những ý tưởng đã sẵn sàng để triển khai. Một ví dụ: lớp vỏ tòa nhà được làm từ các chất phản chiếu, hydrogel và vật liệu chuyển pha—những chất có thể hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt bằng cách thay đổi trạng thái. Người ta ước tính lớp vỏ bọc có thể giảm tới 66% mức sử dụng năng lượng của tòa nhà vào những ngày hè nóng ẩm. Thiết kế được lấy cảm hứng từ các tinh thể khúc xạ được tìm thấy trong da của ếch sậy châu Phi, phản xạ bức xạ mặt trời, cũng như mạng lưới các sợi ở lớp vỏ ngoài của bọ cánh cứng Hercules, tạo ra các khu vực mở chứa đầy không khí có thể hấp thụ độ ẩm trong điều kiện ẩm ướt để điều chỉnh nhiệt độ.

Danh mục thứ ba của Ensprd bao gồm các ví dụ đã được đánh giá và có sẵn trên thị trường. Có loại sơn ngoại thất tự làm sạch cũng có khả năng chống nấm mốc, nấm mốc và tảo và được lấy cảm hứng từ những nốt sần siêu nhỏ trên lá sen mà các phân tử nước không thể bám vào. Sau đó, có những thiết kế cánh tuabin gió dựa trên cạnh răng cưa giảm lực cản của vây ngực cá voi lưng gù. WhalePower, công ty thiết kế những thứ này, ước tính họ có thể sản xuất nhiều hơn 20% năng lượng hàng năm so với các cánh tuabin gió thông thường.

Một trong những ví dụ phổ biến nhất về kiến ​​trúc mô phỏng sinh học cũng được giới thiệu ở đây: Trung tâm Eastgate ở Harare, Zimbabwe, một khu phức hợp văn phòng-bán lẻ với 48 ống khói bằng gạch và quạt làm mát tòa nhà một cách thụ động (ngay cả khi thành phố thường xuyên bị cúp điện). Hệ thống thông gió của nó được lấy cảm hứng từ những gò mối châu Phi, nơi chứa các đường hầm và trục phức tạp để điều chỉnh nhiệt độ của chúng. Và nó hoạt động. Trong 5 năm sau khi xây dựng, Trung tâm Eastgate sử dụng năng lượng ít hơn 35 phần trăm so với các tòa nhà làm mát theo kiểu truyền thống khác trong thành phố.

Mỗi mục nhập BDA bao gồm các chỉ số hiệu suất để cho biết cách thức hoạt động của giải pháp mô phỏng sinh học, đồ họa giải thích cách hoạt động ban đầu của khái niệm này trong tự nhiên và liên kết đến sản phẩm hoặc dự án. Mức độ liên quan của từng mục đối với chứng nhận bền vững cũng được ghi lại, giúp các kiến ​​trúc sư thấy cách các giải pháp này liên kết với các khái niệm xanh lớn hơn—như Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp Quốc.

Mặc dù hiện tại có 200 mục, Fishman đang xin tài trợ để thêm 600 mục nữa. Ensprd sẽ liên tục được cập nhật dựa trên các chủ đề và chức năng mà người dùng yêu cầu và dựa trên những khám phá khoa học mới; các nhà thiết kế cũng sẽ có thể gửi các dự án mô phỏng sinh học của riêng họ tới cơ sở dữ liệu.

Tôi chắc chắn nghĩ rằng mô phỏng sinh học trong lĩnh vực môi trường nhân tạo có thể và sẽ được sử dụng để chống biến đổi khí hậu,” bà nói. “Thiên nhiên có thể cho chúng ta thấy các phương pháp bền vững và linh hoạt — về mặt sử dụng năng lượng và nước, cũng như các đặc tính và chế tạo vật liệu.”

Pawlyn đồng ý: “Chúng tôi có tất cả các giải pháp cần thiết để đạt được tiến bộ nhanh chóng trong việc giải quyết tình trạng khẩn cấp của hành tinh,” ông nói. Nhưng ông tin rằng mô phỏng sinh học vẫn chưa thực sự thành công. “Chúng ta cần một điểm bùng phát trong dư luận để thúc đẩy hành động khẩn cấp và cho phép tư duy mới được giải phóng—kinh tế phù hợp với giới hạn của hành tinh, vật liệu năng lượng cực thấp, tòa nhà loại bỏ carbon ra khỏi khí quyển, v.v..” Palwyn lập luận rằng nếu kiến ​​trúc mô phỏng sinh học muốn có bất kỳ tác dụng nào thì mọi người phải ủng hộ các nguyên tắc của nó và đảm bảo rằng nó được sử dụng.

Nguồn: https://www.wired.co.uk/