Konstruksi masih bergantung pada beton dan baja – dengan biaya tinggi untuk iklim. Tetapi minat beralih kembali ke bahan alami dan dapat digunakan kembali.
Karena mencari bahan untuk membangun masa depan emosi yang rendah, industri konstruksi menemukan kembali pilihan-opsi yang telah dicoba dan diuji seperti kayu, bumi dan jerami. “Bahan bangunan yang terbuat dari sumber daya terbarukan menghasilkan lebih sedikit emisi gas rumah kaca,” kata Guillaume Habert, profesor konstruksi berkelanjutan di ETH Zurich. “Ketika sumber daya ini tumbuh, mereka menyerap CO2 dari atmosfer – dan ketika mereka digunakan dalam bahan konstruksi, karbon tetap terkunci untuk jangka panjang.”
Swiss memiliki banyak bahan alami seperti itu. Ambil Bumi, misalnya: Setiap tahun, sekitar 50 juta ton tanah digali selama pembangunan rumah dan bangunan lainnya, dan sebagian besar berakhir di tempat pembuangan sampah. Jika tanah yang kaya tanah liat harus disisihkan dan digunakan sebagai bahan bangunan, loop akan ditutup pada sumbernya, menghemat sumber daya, uang, dan perjalanan truk yang tak terhitung jumlahnya. Namun sebagian besar pembangun hanya memiliki bahan yang digali diangkut – dan membayar hak istimewa. Memilih manfaat bahan bangunan yang tepat tidak hanya lingkungan, kata Habert, tetapi juga ekonomi lokal. Dan itu bahkan dapat melindungi kesehatan orang: studi menunjukkan bahwa bahan bangunan alami dapat mengurangi masalah seperti alergi dan asma.
Metode pemrosesan baru
Kuncinya adalah menemukan cara-cara baru untuk bekerja dengan bahan-bahan tradisional, kata Habert: “Jika kita ingin menggunakan bumi, kayu atau jerami di lingkungan ekonomi saat ini sambil memenuhi harapan untuk kualitas, daya tahan, efektivitas biaya, estetika dan kenyamanan, kita tidak dapat terus memprosesnya seperti yang kita lakukan 200 tahun yang lalu.”
Bagian dari jawabannya terletak pada produksi: Komponen prefabrikasi dan penggunaan robot dapat menyederhanakan pembuatan dan mempercepat konstruksi. Para peneliti juga melihat cara menyempurnakan materi itu sendiri – misalnya, dengan menggunakan aditif untuk meningkatkan kemampuan kerja atau meningkatkan retensi air. Penelitian Habert mencakup investigasi ke berbagai formulasi bumi cair. Ini diproduksi dengan memadukan bumi, bahan bangunan alami, dengan aditif kimia – semuanya lebih atau kurang alami. Ini membuat cairan bumi, sehingga dapat dituangkan seperti beton ke dalam bekisting, di mana ia mengeras. “Cara kita memproses materi mungkin baru,” kata Habert, “tetapi materi itu sendiri masih merupakan bumi di bawah kaki kita – dengan semua kelebihannya.” Bahan tanah berlimpah, rendah karbon, menyebabkan emisi CO2 yang sangat rendah dan menghasilkan iklim dalam ruangan yang sehat; Mereka juga memberikan isolasi yang baik dan membantu mengendalikan kelembaban. Bahan berbasis bio lainnya, seperti rami dan jerami, memiliki kualitas yang sama. Jerami, misalnya, mengatur kelembaban dan memberikan isolasi termal yang efektif. Pada prinsipnya, bal jerami bahkan dapat digunakan seperti batu bata untuk membangun seluruh rumah. Namun, dalam praktiknya, bangunan di mana jerami berfungsi sebagai bahan bantalan beban utama masih jarang: untuk memastikan stabilitas, dinding harus sangat tebal, baik meningkatkan jejak bangunan atau mengurangi luas lantai yang dapat digunakan. Kelemahan yang sama berlaku untuk Bumi, itulah sebabnya Habert saat ini melihat peran utamanya dalam penggunaan interior. Mengingat kekuatannya yang terbatas, menggunakan Bumi untuk seluruh bangunan tetap menjadi tantangan utama.
Tradisi yang terlupakan
Ini adalah tantangan rekannya, Roger Boltshauser – arsitek dan profesor ETH arsitektur dan bahan regeneratif – sangat ingin merangkul. Selama lebih dari 20 tahun, ia telah mengeksplorasi sifat-sifat Bumi dan juga telah menggunakannya dalam struktur penahan beban. Salah satu bahan bangunan tertua di dunia, Bumi berfungsi sebagai model beton ketika yang terakhir muncul pada abad ke -19 dan, setidaknya di Eropa, melanjutkan untuk menggantikannya sebagai bahan dominan. “Bekisting beton pertama disalin dari bekisting untuk konstruksi tanah,” kata Boltshauser.
Salah satu tujuannya, Boltshauser menjelaskan, adalah untuk menghidupkan kembali tradisi Bumi yang terlupakan sebagai bahan bangunan dan memperkenalkannya kembali menjadi arsitektur dengan cara -cara baru: “Kami mencari bahasa arsitektur baru untuk bagaimana kita menggunakan Bumi dan cara mengintegrasikannya secara efisien ke dalam proses konstruksi.” Membantu dia dalam tugas ini adalah Felix Hilgert, seorang pengusaha dalam konstruksi tanah dan kepala penelitian di kursi Boltshauser. Dengan pangsa pasar kurang dari satu persen, Bumi tetap menjadi produk khusus, kata Hilgert: “Bahan -bahan tanah tidak memiliki manfaat penelitian dan pengembangan 150 tahun, sehingga masih tidak efisien dan mahal untuk dibangun bersama mereka.”
Kedua peneliti bekerja dengan Earth Rammed, suatu bentuk konstruksi tanah yang telah digunakan selama berabad -abad. Campuran tanah liat, pasir, kerikil, dan air ditempatkan ke dalam bekisting dalam lapisan berturut -turut, masing -masing dipadatkan dengan rammer, baik dengan mesin atau dengan tangan. Ini menghasilkan massa yang padat dan stabil. Setelah serat, bekisting dihilangkan dan bumi dibiarkan mengeras di udara terbuka, mengembangkan kekuatan penahan beban dalam proses. “Kami berharap dapat menggunakan Bumi untuk elemen struktural yang lebih besar seperti dinding dan lempengan,” kata Boltshauser. “Campuran bumi murni sepuluh kali lebih berkelanjutan daripada beton, tetapi hanya memiliki sepersepuluh dari kekuatan penahan beban,” katanya. Untuk memberi Bumi kekuatan tekan yang lebih besar – dan karenanya menjadikannya pilihan yang menarik untuk bangunan perumahan bertingkat – tim sedang menyelidiki penggunaan teknik penguatan, seperti dalam konstruksi beton. Pada saat yang sama, mereka bereksperimen dengan aditif, termasuk jeruk nipis trass, campuran kapur dan batu vulkanik tanah (trass). “Ini membuat Bumi lebih tahan lama, tetapi juga membuat lebih sulit untuk menggunakan kembali material,” kata Boltshauser.
Tentang
Roger Boltshauser adalah Profesor Arsitektur dan Bahan Regeneratif di Departemen Arsitektur di ETH Zurich.
Ingo Burgert adalah Profesor Ilmu Bahan Kayu di Departemen Teknik Sipil, Lingkungan dan Geomatic di ETH Zurich dan co-head dari Woodtec Research Group di EMPA.
Guillaume Habert adalah Profesor Konstruksi Berkelanjutan di Departemen Teknik Sipil, Lingkungan dan Geomatic di ETH Zurich.
Bangunan Modern Rammed-Earth biasanya setinggi dua atau tiga lantai. Namun secara teori, mereka dapat mencapai 40 meter, kata Boltshauser. Bangunan yang lebih tinggi dimungkinkan bahkan dengan unsur -unsur tanah yang tidak stabil, ia menambahkan, mengutip Menara Kiln yang ia dan murid -muridnya dirancang dan dibangun untuk Museum Brickworks di Cham. Dibangun dari unsur -unsur RAMMED -Earth prefabrikasi, menara kiln – struktur tanah pratekan pertama di dunia – diperkuat dengan kabel baja. Hal ini memungkinkan untuk membuang dengan lantai perantara di dalam dan untuk membuat dinding eksterior yang menampung beban lebih tipis.
Strategi lebih lanjut adalah memasangkan Bumi dengan kayu untuk pekerjaan bantalan beban. Dengan sendirinya, Bumi memiliki kapasitas tarik yang sangat terbatas, tetapi kayu unggul dalam hal ini – karenanya munculnya unsur -unsur yang diserap prefabrikasi yang dibingkai dalam kayu. Elemen hibrida semacam itu dapat digunakan untuk membangun dinding dan fasad yang lebih berkelanjutan. Seperti bumi, kayu adalah bahan berkelanjutan yang berlimpah di Swiss – dan menjadi semakin populer sebagai bahan bangunan. Di rumah keluarga tunggal dan dua keluarga yang baru dibangun, kayu sudah menyumbang 17 persen elemen struktural pada tahun 2023, dan bagian itu masih meningkat. Di kota -kota mengejar kepadatan, bahan ringan ini adalah pilihan populer untuk menambahkan lantai tambahan, di mana ia memperhitungkan bagian yang lebih besar dari bahan yang digunakan. Bahkan ada beberapa proyek bertingkat tinggi kayu. Meskipun demikian, kayu tetap kurang dimanfaatkan sebagai bahan bangunan, kata Ingo Burgert, Profesor Ilmu Bahan Kayu di ETH Zurich dan co-head dari Woodtec Research Group di EMPA. “Kayu adalah bahan yang bagus untuk dibangun: ia menawarkan kekuatan dan kekakuan yang tinggi dan memiliki kepadatan yang lebih rendah daripada beberapa bahan lainnya. Dan, tentu saja, itu bisa diperbarui,” katanya. Manfaat utama kayu lainnya, tambahnya, adalah bahwa ia mengunci karbon: “Jika kami dapat menggunakan lebih banyak kayu dalam konstruksi sambil mempertahankan industri kehutanan yang berkelanjutan, kami akan menyimpan karbon tambahan dalam stok bangunan selama beberapa dekade mendatang. Itu akan memberi kami waktu yang berharga dalam perang melawan perubahan iklim sampai teknologi baru untuk menangkap dan menyimpan karbon lebih efektif dan tersedia secara efisien.”
Tim Burgert sedang mengeksplorasi cara untuk meningkatkan sifat Wood dan meningkatkan daya tahannya. Kayu rentan terhadap air, sinar matahari dan api dan juga dipengaruhi oleh jamur dan serangga – kerusakan yang juga menyebabkan karbon terkunci dilepaskan. “Jika kita ingin secara signifikan memperluas penggunaan kayu dalam konstruksi, kita perlu memperpanjang masa hidupnya atau bahkan memecahkan proses degradasi dengan cara yang paling ramah lingkungan, sementara juga lebih melindungi kayu dari api dan perubahan warna yang disebabkan oleh sinar matahari,” kata Burgert. Untuk itu, tim ini menguji zat alami, sebagian besar berbasis bio, memastikan bahwa keberlanjutan Wood tidak dikompromikan oleh bahan kimia yang bermasalah. Di antara kandidat adalah shellac – resin yang disekresikan oleh serangga lac – dan tanin, yang merupakan molekul nabati.
Hutan masa depan
Di Swiss, konstruksi kayu bergantung terutama pada konifer, terutama Spruce. Tidak disesuaikan dengan kekeringan, cemara telah dipukul keras oleh perubahan iklim, mendorong sektor ini untuk mencari spesies alternatif untuk dimasukkan ke dalam rantai pemrosesan yang ada. Ini bukan tugas yang mudah: pohon tumbuh perlahan, sementara iklim berubah dengan cepat. “Penggantian apa pun yang kami pilih, kami harus ingat bahwa kami tidak akan memanennya selama beberapa dekade,” kata Burgert. Di masa depan, hutan Swiss cenderung mengandung pohon yang jauh lebih lebar. Kurang cocok untuk penggergajian konvensional, spesies ini akan membutuhkan teknologi pemrosesan tambahan. Tim Burgert sedang mengeksplorasi produksi elemen kayu dari kayu split, metode yang secara tradisional digunakan untuk membuat herpes zoster, yang dapat meningkatkan hasil bahan per pohon.
Dalam beberapa dekade terakhir, konstruksi kayu telah bergeser menuju prefabrikasi, dengan modul diproduksi di pabrik dan kemudian dirakit di lokasi. Ini merampingkan konstruksi kayu dan mengurangi masalah kayu mengubah dimensinya karena fluktuasi kelembaban sekitar. Pabrikan dan produksi otomatis sangat penting untuk menggunakan bahan bangunan berkelanjutan pada skala. Ketiga profesor ETH melihat peluang besar bagi Swiss di bidang ini. “Dengan otomatisasi industri canggih, komunitas penelitian berbasis luas, perusahaan baru yang inovatif dan sektor konstruksi yang ingin menemukan alternatif, kami melihat pengembangan bahan baru dan teknik pemrosesan,” kata Habert.
Sudah ada contoh bangunan yang dibuat dari bahan berkelanjutan yang hemat biaya, Habert menjelaskan, namun ini tetap menjadi pengecualian daripada aturan. “Kami membutuhkan lebih banyak produsen yang memasok bahan bangunan yang berkelanjutan. Dan kami perlu menghasilkan kepercayaan pada bangunan -bangunan ini,” tambahnya. Salah satu inisiatif yang dirancang untuk membantu adalah Atlas of Regenerative Materials, platform Web yang baru diluncurkan yang menampilkan arsitek, perusahaan konstruksi dan inisiatif di seluruh Swiss yang bekerja dengan bahan berbasis bio. Dengan menyoroti proyek yang dibangun dengan cara ini, ini bertujuan untuk menunjukkan bahwa metode konstruksi ini dapat menjadi praktik standar – dan pada akhirnya bahwa bangunan akan terus berkinerja sebagaimana dimaksud bertahun -tahun setelah konstruksi. Sebutkan rumah jerami, dan beberapa orang masih membayangkan tiga babi kecil dan serigala, kata Habert. “Kita perlu mengubah gambar itu dan menunjukkan bahwa rumah jerami bisa tepat di sebelah – dan itu terlihat seperti rumah lainnya. Itulah satu -satunya cara untuk menggeser persepsi.”
Bahan masa depan
ETH Zurich telah menciptakan dua jabatan profesor baru untuk memikirkan kembali bagaimana bahan diproduksi, digunakan dan digunakan kembali dan untuk menyematkan keberlanjutan dalam bahan, proses dan produk sejak awal. Pendanaan awal dari donor akan mempercepat kemajuan teknologi untuk memungkinkan pengembangan solusi yang efisien dan berkelanjutan untuk mengatasi perubahan iklim.
