Vật liệu sống trong môi trường nhân tạo là lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển nhanh chóng để giải quyết nhiều nhiệm vụ, từ cắt giảm lượng khí thải carbon, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, phát triển các thuộc tính đổi mới cho đến tăng cường khả năng cô lập carbon. Là “giao điểm” giữa thiết kế, khoa học vật liệu, hóa học và kỹ thuật sinh học, vật liệu xây dựng sống chứa vi sinh vật và thể hiện các thuộc tính sinh học. Bài viết cho thấy loại vật liệu mới này có thể thay đổi kiến trúc trong tương lai.
Thay thế sản xuất truyền thống bằng tăng trưởng hữu cơ
Phòng thí nghiệm các vật liệu sống tại Đại học Colorado đang nghiên cứu loại vật liệu xây dựng sống mới, không chứa xi măng như bê tông thông thường, hoàn toàn thích hợp để tái chế thứ cấp. Nhóm nghiên cứu dùng vi khuẩn lam, các vi sinh vật xanh lục giống tảo sử dụng CO2 và ánh sáng mặt trời để tăng trưởng và tạo ra loại xi măng sinh học có thể thu giữ CO2. Tận dụng sự tăng trưởng theo cấp số nhân của vi khuẩn, các nhà nghiên cứu đã phát triển các khối xây, trình diễn một phương pháp sản xuất tiềm năng mới. Ứng dụng thực tế của công nghệ này đã có khi một số công ty đang thúc đẩy việc áp dụng các vật liệu cải tiến, chẳng hạn đưa xi măng sinh học vào sản phẩm của mình.
Hy-Fi - cấu trúc quy mô lớn đầu tiên từ gạch sợi nấm, có thể “trồng” trong thời gian ngắn
Sợi nấm là loại vật liệu xây dựng có thể “trồng”; vật liệu gốc sợi nấm có đặc tính cách nhiệt tốt, chống cháy và không thải ra khí độc. Năm 2014, The Living đã tạo ra Hy-Fi (một cấu trúc quy mô lớn đầu tiên từ gạch sợi nấm, việc “trồng” cấu trúc này chỉ mất 5 ngày). Tại NASA, các vật liệu gốc sợi nấm đang được nghiên cứu như một phương án khả thi cho kiến trúc trong vũ trụ, đặc biệt là khả năng phát triển tại chỗ trong điều kiện khối lượng vật liệu được vận chuyển phải ở mức tối thiểu.
Vật liệu tự phục hồi giúp tiêu thụ ít tài nguyên hơn
Bê tông chiếm gần 9% lượng khí thải carbon toàn cầu, do đó nhiều nghiên cứu tập trung tìm kiếm các giải pháp thay thế cho bê tông truyền thống, tái cơ cấu quy trình sản xuất bê tông hoặc tìm giải pháp nhằm giảm nhu cầu sử dụng bê tông. Các nhà nghiên cứu Đại học Bách khoa Worcester đã phát triển bê tông tự phục hồi bằng cách sử dụng một loại enzyme chuyển đổi carbon dioxide từ khí quyển thành tinh thể carbonat canxi, trám kín các vết nứt tới vài milimet và ngăn ngừa hư hỏng thêm cho vật liệu. Khác với các thí nghiệm bê tông tự phục hồi có sử dụng vi khuẩn, quá trình này xảy ra nhanh hơn và không có bất cứ vấn đề nào về tính an toàn.
Thử nghiệm thực tế và ứng dụng trong kiến trúc
Trung tâm Công nghệ sinh học trong môi trường nhân tạo là một dự án nghiên cứu tập hợp các nhà khoa học, sinh học từ Đại học Northumbria và các kiến trúc sư, nhà thiết kế và kỹ sư từ Đại học Newcastle để phát triển các công nghệ sinh học giúp xây những tòa nhà có thể phản ứng với môi trường xung quanh. Dự án tập trung cho việc sản xuất các vật liệu kỹ thuật sống có khả năng phân hủy chất thải, giúp giảm ô nhiễm, nâng cao hiệu quả của các quy trình xây dựng, thậm chí còn tạo ra năng lượng. Để kiểm nghiệm kết quả ở quy mô một tòa nhà, một cấu trúc thử nghiệm trong khuôn viên Đại học Newcastle đã được xây dựng, thông qua đó tái tạo không gian nhà. Trong khuôn khổ dự án, các nhà nghiên cứu thử nghiệm các vật liệu, nghiên cứu các quy trình chuyển đổi chất thải sinh hoạt thành nhiệt và năng lượng, thử nghiệm các hệ thống mặt dựng mới và tác động đến hệ vi sinh của tòa nhà.
Hệ thống mặt dựng bằng vi tảo có khả năng thích ứng để cải thiện chất lượng không khí trong nhà, tạo ra năng lượng tái tạo nhờ các thiết bị quang sinh học
Phòng thí nghiệm thiết kế tổng hợp tại Đại học Bắc Carolina đã phát triển hệ thống mặt dựng bằng vi tảo có khả năng thích ứng để cải thiện chất lượng không khí trong nhà đồng thời tạo ra năng lượng tái tạo nhờ các thiết bị phản ứng quang sinh học được tích hợp. Với cửa sổ sinh học, không khí được đưa vào hệ thống mặt dựng và oxy do tảo tạo ra sẽ được cung cấp cho hệ thống sưởi, thông gió, điều hòa của tòa nhà. Tảo tươi liên tục được cung cấp cho hệ thống, những loại tảo giàu carbon sẽ chìm xuống đáy và được chuyển sang bộ phận biến chúng thành nhiên liệu sinh học. Hệ thống đã được nghiên cứu phát triển để sử dụng thương mại.
Trên đây là một số ví dụ trong bức tranh toàn cảnh của công nghiệp vật liệu xây dựng bền vững. Xa hơn nữa, cần có nhiều nghiên cứu hơn để đánh giá các vấn đề như an toàn và ô nhiễm sinh học. Ngoài ra, các vật liệu “sống” phải tạo được sức thuyết phục công luận vốn dĩ rất khắt khe đối với thế giới vi khuẩn. Lĩnh vực vật liệu kỹ thuật sống vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, trước mắt là cả chặng đường dài từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đến khả năng thương mại hóa. Mặt khác, các nghiên cứu đổi mới cũng đang mở cánh cửa vào thế giới vật chất mới và nâng tính bền vững trong kiến trúc lên một cấp độ mới.
Nguồn: http://www.decor.design 2022
ND: Lệ Minh