Trong bối cảnh nỗ lực chung của tất cả các quốc gia hướng tới nền kinh tế thấp carbon, những khái niệm như kinh tế tuần hoàn, xây dựng xanh, xây dựng thấp carbon, tòa nhà zero carbon đã ra đời.

Dự án Biofacade - hệ thống mặt dựng bằng vi tảo có thể thích ứng với biến đổi khí hậu

Về khái niệm tòa nhà không phát thải carbon

Dựa vào các kết quả nghiên cứu, có thể xác định sáu nguyên tắc chủ đạo trong thực tiễn xây dựng các tòa nhà không phát thải carbon:

Nguyên tắc thứ nhất - Vật liệu xây dựng hiện đại

Yếu tố chính để không phát thải carbon là loại bỏ các vật liệu thông dụng nhất để xây dựng kết cấu bao che công trình, chẳng hạn giảm thiểu sử dụng bê tông. Bê tông chủ yếu được sử dụng làm móng và trục đỡ của các tòa nhà nhiều tầng. Trong nhiều dự án xây dựng hiện đại, tấm gỗ ghép nhiều lớp (cross-laminated timber, CLT) được sử dụng rộng rãi làm loại vật liệu cơ bản. Đặc biệt, khi kết hợp với vật liệu cách nhiệt được nén, ép (như bông khoáng chẳng hạn) sẽ có thể chống chịu khi nhiệt độ ngoài trời hạ thấp tới -70°C.

Chip’s board - những tấm ván từ vỏ khoai tây hoàn toàn không chứa formaldehyde hoặc các loại nhựa độc hại khác

Vật liệu này tiết kiệm năng lượng, dễ thi công, tác động tối thiểu đến môi trường trong toàn bộ chu trình sản xuất và vận hành, cũng như bảo đảm tiện nghi cho người sử dụng. Các thuộc tính độc đáo của những kết cấu bằng gỗ được biết tới rất nhiều, cho phép điều chỉnh vi khí hậu trong nhà tùy theo thời điểm trong năm.

Nguyên tắc thứ hai: Ứng dụng năng lượng từ các nguồn tái tạo.

Một giải pháp đặc biệt phổ biến là sử dụng các tấm pin mặt trời, song tùy điều kiện địa điểm, các hệ thống khác như turbin gió, địa nhiệt cũng có thể được áp dụng.

Nguyên tắc thứ ba - Năng lượng trơ

Các công nghệ trơ ​​trở nên cần thiết trong xây dựng, bởi vì để tối thiểu hóa mức tiêu thụ năng lượng, cần phải sử dụng tất cả các biện pháp sưởi ấm bên trong tòa nhà; biện pháp rất phổ biến là hấp thụ bức xạ mặt trời với mặt tiền sẫm màu hướng về phía Nam.

Nguyên tắc thứ tư - Module lắp ghép toàn bộ

Công nghệ module cho phép đồng thời giải quyết hai vấn đề cơ bản trong kiến trúc: xây dựng module mỗi lần có chu kỳ thi công ngắn hơn, và giảm tác động tiêu cực đến môi trường. Đồng thời, các module lắp ghép có thể dễ dàng vận chuyển đến địa điểm thi công, qua đó giảm lượng chất thải xây dựng.

Nguyên tắc thứ năm - Tái sử dụng

Chất thải xây dựng (chẳng hạn gỗ phế thải) có thể được sử dụng để trang trí nội thất. Nguyên tắc này cũng có thể áp dụng cho chính tòa nhà khi hết thời gian sử dụng.

Nguyên tắc thứ sáu - Loại bỏ hệ thống thông gió thông khí tự động

Không nên lắp đặt các hệ thống tự động do cần nhiều điện năng bổ sung. Các hệ thống thông gió tự nhiên được ưa chuộng hơn, và việc sử dụng vật liệu dễ thấm khí sẽ giúp giảm nhu cầu trao đổi không khí.

Các nguyên tắc trên cho thấy tầm quan trọng của công nghệ trong việc thiết kế và xây dựng các tòa nhà thấp carbon, đồng thời tạo môi trường tiện nghi cho cuộc sống con người. Tính tiện nghi không chỉ phụ thuộc vào chất lượng không gian sống mà còn phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên nơi tòa nhà được xây dựng. Còn vật liệu xây dựng và các ý tưởng sáng tạo sẽ góp phần tạo ra sự thay đổi tích cực và chuyển đổi kiến ​​trúc theo hướng bền vững hơn, đưa ra những khả năng mới để xây dựng bền vững.

Các nhà khoa học Đại học Bắc Carolina phối hợp với chuyên gia công ty Eco Closure nghiên cứu tạo nên hệ thống mặt dựng bằng vi tảo có khả năng thích ứng để cải thiện chất lượng không khí và sản xuất năng lượng tái tạo nhờ phản ứng quang sinh học tích hợp. Các module X có khả năng thích ứng được kết nối với nhau, hình thành một cấu trúc lưới và được đặt trong khung kim loại. Dự án Biofacade dự kiến sẽ hoàn thành thử nghiệm và đưa vào ứng dụng thực tế từ năm 2025. Loại tảo mới thường xuyên được đưa vào hệ thống để “hấp thụ” ô nhiễm và sau đó chuyển hóa thành nhiên liệu sinh học.

Tòa chung cư gỗ Kajstaden tại Stockholm (Thụy Điển) 

Các nhà thiết kế Rowan Minckley và Robert Nicoll (Anh) đã nghiên cứu giải pháp thay thế thân thiện môi trường dành cho các vật liệu sử dụng một lần như MDF và ván dăm - đó là những tấm ván được làm từ vỏ khoai tây, hoàn toàn không chứa formaldehyde hoặc các loại nhựa độc hại khác. Mục đích của nghiên cứu này là giải quyết vấn đề rác thực phẩm và sử dụng vật liệu xây dựng một cách có trách nhiệm hơn. Vỏ khoai tây thu được từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, kết hợp với chất kết dính và phương pháp ép nhiệt tạo nên những tấm ván rất bền có thể sử dụng trong trang trí nội thất và xây dựng, thay cho các panel gỗ thông thường.

Các nhà khoa học trên thế giới cũng đang tìm kiếm giải pháp thay thế cho bê tông cốt thép - loại vật liệu chịu trách nhiệm cho gần 10% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu. Viện Lâm nghiệp Worcester đã nghiên cứu thành công loại bê tông có thể tự phục hồi. Trong thành phần bê tông này, chất chuyển hóa được sử dụng để chuyển đổi hydrocacbon dioxide nhạy cảm với nhiệt độ thành tinh thể natri cacbonat và bịt kín các vết nứt rộng tới vài centimet và ngăn chặn sự phá vỡ kết cấu sau này. Khác những thử nghiệm bê tông cốt thép tự phục hồi, với sự trợ giúp của hệ vi sinh vật, quá trình này diễn ra nhanh hơn và an toàn hơn.

Việc xây dựng các tòa nhà / công trình tác động rất lớn tới môi trường xung quanh. Tác động này rất đa dạng và xảy ra ở tất cả các giai đoạn - từ khâu khai thác nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng, chế phẩm, thi công xây dựng cho đến khâu vận hành, sử dụng các tòa nhà/ công trình. Nguyên nhân bởi trong quá trình xây dựng, việc xử lý chất thải xây dựng, bảo quản vật liệu xây dựng, bảo vệ các lớp đất màu mỡ của khu vực không được quan tâm và thực hiện đúng cách. Và không chỉ quá trình xây dựng mà cả quá trình khai thác, sử dụng công trình sau đó cũng ảnh hưởng raasvt lớn đến môi trường. Việc thải các chất ô nhiễm không chỉ từ cư dân của tòa nhà mà còn từ chính các vật liệu xây dựng và hệ thống vi khí hậu tiện nghi bên trong mỗi căn phòng.

Giải pháp toàn cầu cho vấn đề này là các tòa nhà không phát thải carbon. Bảo vệ môi trường thông qua việc không thải ra carbon monoxide trong quá trình sử dụng, xây dựng hoặc sản xuất vật liệu xây dựng tòa nhà/công trình chính là mục tiêu của việc xây dựng các tòa nhà không phát thải carbon. Phần lớn các tòa nhà như vậy đều được xây dựng theo các nguyên tắc giảm nhu cầu năng lượng, tận dụng năng lượng dư thừa, giảm nhu cầu làm mát nhân tạo, bảo đảm các hệ thống như điều hòa không khí và chiếu sáng có hiệu suất năng lượng cao, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Đó là khử cacbon, điện khí hóa, hiệu quả năng lượng và số hóa. Khi bốn xu hướng - khử cacbon, điện khí hóa, hiệu quả năng lượng và số hóa kết hợp với nhau trong xây dựng, sản phẩm tạo ra là các tòa nhà sẽ có lượng khí thải carbon tối thiểu hóa, đồng thời tổng chi phí xây dựng và hạ tầng phụ trợ giảm thấp.

Các tòa nhà có thể đạt được mục tiêu không phát thải carbon bằng cách loại bỏ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch để sưởi ấm, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo tại địa phương và/hoặc bên ngoài, giảm sử dụng chất làm lạnh (vốn có tiềm năng cao gây ra phát thải nhà kính) và sử dụng vật liệu xây dựng thấp carbon, tái sử dụng và tái chế vật liệu trong xây dựng.

Yếu tố chính để một tòa nhà đạt zero carbon là loại bỏ hoặc giảm thiểu các vật liệu phổ dụng của hệ thống kết cấu bao che, nhất là bê tông - loại vật liệu phát thải carbon và là vật liệu cơ bản để xây móng và các trục đỡ trong các tòa nhà nhiều tầng. Ví dụ tiêu biểu về tòa nhà zero carbon sử dụng các tấm gỗ ghép nhiều lớp (CLT) là tòa chung cư Kajstaden tại ngoại ô Stockholm (Thụy Điển). Công trình được coi như một mốc quan trọng trong sự phát triển của kiến ​​trúc bền vững, cho thấy tính khả thi trong việc chuyển đổi sang xu hướng kiến ​​trúc thân thiện với khí hậu. Văn phòng Kiến trúc C.F. Moller Architects thông qua các dự án nghiên cứu và hoạt động tích cực trong lĩnh vực xây dựng bằng gỗ đã cam kết đổi mới, thiết kế và triển khai các tòa nhà khung gỗ nhiều tầng.

Ưu điểm của gỗ so với các vật liệu xây dựng khác là quá trình sản xuất tạo ra một lượng carbon dioxide hạn chế. Carbon đi vào một chu trình khép kín được lưu trữ trong khung tòa nhà. Tòa nhà gỗ Kajstaden có chín tầng, mỗi tầng có ba căn hộ, một căn hộ một phòng và hai căn hộ ba phòng. Bên trong tòa nhà có các hành lang chung cho cư dân với loggia ngoài trời ở mỗi tầng. Tầng trệt là không gian công cộng. Việc sử dụng các tấm CLT làm vật liệu tường ngoài giúp tòa nhà kín và tiết kiệm năng lượng. Do trọng lượng nhẹ, các tấm CLT gây tải trọng rất ít lên móng nhà. Ngoài ra, toàn bộ tòa nhà dễ dàng tháo lắp và xử lý mọi bộ phận.

Kết luận

Khi thực hiện các chiến lược, chương trình và kế hoạch phát triển thấp carbon thấp ở tất cả các cấp (liên bang, khu vực, thành phố, doanh nghiệp và trong mỗi dự án) cần tính đến các tác động kinh tế, kỹ thuật, môi trường và xã hội của các chính sách và biện pháp. Sự phát triển của các công nghệ thấp carbon sẽ mang lại những tác động tích cực thúc đẩy nền kinh tế phát triển, như tăng cơ hội việc làm, giảm chi phí điện năng cho các hộ gia đình, cải thiện chất lượng không khí, nâng cao sức khỏe người dân...

Để tăng khả năng cạnh tranh toàn cầu trong bối cảnh nền kinh tế thấp carbon, hàng loạt biện pháp về đào tạo và nâng cao trình độ của đội ngũ nhân lực ngành xây dựng cần được nghiên cứu triển khai. Trong tương lai gần, các biện pháp “chữa cháy”, (như thay đổi về phương pháp và tổ chức) sẽ được yêu cầu đối với các cơ quan dự án, nơi chịu trách nhiệm chuẩn bị hồ sơ dự án cho tất cả các dự án đầu tư quan trọng và vốn có rất ít tiềm năng trong lĩnh vực công nghệ thấp carbon, năng lượng thay thế...Đồng thời, cần mở rộng hợp tác với các trung tâm nghiên cứu - đào tạo ở các nước phát triển và các công ty hàng đầu trên thị trường công nghệ thấp carbon để hỗ trợ các sáng kiến ​​quốc tế, các chương trình quốc tế về phát triển kinh tế và phi carbon hóa ở các nước, đặc biệt là các nước trong khối SCO và BRICS.

Nguồn: Tạp chí Quỹ đạo Xây dựng Nga tháng 9/2023

ND: Lệ Minh