Xu hướng sử dụng vật liệu sinh học trong ngành Xây dựng

Sử dụng vật liệu sinh học giúp giảm khí thải carbon

Có thể kể đến các vật liệu sinh học như: Nhựa cà phê, gỗ, tấm tiêu âm, cách nhiệt sợi nấm, sàn tre... là các vật liệu có nguồn gốc một phần hoặc toàn bộ từ sinh học. Sau khi phục vụ hết khả năng của mình, chúng có thể phân hủy khi kết thúc vòng đời. Trên thế giới, loại vật liệu này ngày càng phổ biến trong các công trình xây dựng và mang lại nhiều lợi ích về sức khỏe, môi trường bên trong và bên ngoài công trình…

Theo nghiên cứu của ThS.KTS Nguyễn Ngọc Uyên - Viện Khoa học công nghệ xây dựng (IBST) với chủ đề “Xu hướng sử dụng vật liệu sinh học trong ngành Xây dựng và đề xuất áp dụng tại Việt Nam”, xu hướng của ngành Xây dựng trên thế giới hiện nay và trong tương lai là nghiên cứu, sử dụng các vật liệu có nguồn gốc sinh học.

Loại VLXD nằm ở giao thoa của thiết kế, khoa học vật liệu, hóa học và kỹ thuật sinh học, VLXD sống (LBM) chứa vi sinh vật và thể hiện tính chất sinh học. Một số loại vật liệu sinh học đang được nghiên cứu và sử dụng trong ngành Xây dựng trên thế giới như: Các VLXD nguồn gốc sinh học từ nấm, gỗ, tre, cây gai dầu, tảo, đất cát,… 

Nhận thức được những ưu điểm và sự tất yếu sử dụng vật liệu sinh học trên thế giới, IBST đã thực hiện đề án liên quan đến vật liệu gỗ và triển khai xây dựng công trình Nhà mẫu có kết cấu gỗ tại IBST vào tháng 6/2023.

Công trình khi được xây dựng xong, sẽ đưa vào thử nghiệm sử dụng và sẽ có các đánh giá, thí nghiệm cho vật liệu sử dụng trong công trình, sự thích ứng với các hoạt động của con người trong công trình. Từ đó có được kết quả đánh giá chính xác các hiệu quả có được từ việc sử dụng các vật liệu sinh học trong công trình xây dựng.

Vật liệu sinh học có nguồn gốc từ các vi sinh vật, động thực vật, có thể sử dụng làm vật liệu cho ngành Xây dựng hoặc kết hợp với loại vật liệu khác để nâng cao tính tuần hoàn cho công trình, góp phần xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn, một vấn đề mà môi trường sinh thái toàn cầu đang yêu cầu con người phải thực hiện.

Vật liệu sinh học trong ngành Xây dựng đã và đang được các nhà khoa học nghiên cứu phát triển, được sử dụng tại công trình ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ưu điểm của vật liệu sinh học là rất lớn, nhất là việc góp phần giảm phát thải carbon và bảo tồn được nguồn tài nguyên thiên nhiên trong quá trình sản xuất vật liệu và thi công xây dựng.

Vật liệu sinh học bảo vệ môi trường triệt để và hiệu suất hơn vật liệu xanh. Sử dụng vật liệu sinh học là xu hướng tất yếu của con người hiện nay và trong tương lai. Ngành kiến trúc đóng một vai trò quan trọng trong "hành trình khử carbon" của ngành Xây dựng.

Bằng sự hiểu biết và tiên phong với các lựa chọn thiết kế của mình, các KTS có thể giới thiệu với khách hàng và công chúng nhiều hơn về chất lượng và khả năng của vật liệu sinh học, các lợi ích chung, lợi ích dài hạn có được từ chính công trình của khách hàng. 

Vật liệu sinh học phù hợp với Việt Nam

Việc sử dụng vật liệu sinh học hiện vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam, do còn chưa có nhiều người biết đến loại vật liệu này và các ưu điểm của chúng. Bên cạnh đó, giá thành cho vật liệu khá cao, do vậy, việc lựa chọn sử dụng cũng cần cân nhắc nhiều.

Tuy nhiên, xu hướng sử dụng vật liệu này là tất yếu, do đó tác giả Nguyễn Ngọc Uyên đã đưa ra đề xuất sử dụng một số loại vật liệu tương đối phù hợp cho Việt Nam hiện nay và trong tương lai gần như:

Về kết cấu, có thể sử dụng vật liệu gỗ ép cho phần cột, dầm. Sử dụng gỗ ván ép nhiều lớp (Cross laminated timber gọi tắt là: CLT) và gỗ Glulam cho sàn nhà, mái. Gỗ CLT và Glulam có thể được sản xuất phát triển từ các loại gỗ trồng tăng trưởng nhanh (gỗ thông, pine & spruce), keo, tràm (acacia) hay chabol. Với điều kiện tự nhiên và nguồn cung keo, tràm khá dồi dào, việc phát triển Glulam, CLT chính là một cơ hội để nâng cao giá trị cho gỗ rừng, thay thế dần các sản phẩm giá trị thấp như dăm gỗ tại Việt Nam.

Với các công trình dưới 3 tầng, có thể sử dụng tre truyền thống hoặc tre ép công nghiệp cho kết cấu và kiến trúc công trình, nâng cao bản sắc kiến trúc Việt Nam.

Việt Nam đã có nhiều KTS định danh riêng cho mình bằng vật liệu tre theo lối kiến trúc truyền thống này. Có thể kể ra các công trình tiêu biểu như như công trình “Nhà hàng Bamboo Wings” của KTS Hoàng Thúc Hào, công trình “Bamboo Stalactite (Thạch nhũ tre)” của KTS Võ Trọng Nghĩa với nhiều công trình kiến trúc tre đạt giải kiến trúc quốc tế…

Về vật liệu hoàn thiện trong và ngoài công trình, có thể sử dụng các vật liệu như: sàn tre gỗ ép, ngoài nhà có thể dùng tấm xi măng Cemboard cao cấp đảm bảo chống thấm, chống cháy với thành phần là xi măng kết hợp dăm gỗ tinh chế và các phụ gia, các vật liệu trang trí nội thất trong và ngoài nhà có thể là gỗ công nghiệp hoặc nguồn gốc từ gỗ hợp pháp… Ngoài ra, có thể sử dụng tre làm giàn giáo hay sợi nấm sử dụng làm bao bì các VLXD…

Rào cản trong sản xuất và sử dụng 

Mặc dù những ưu điểm của vật liệu sinh học là rất nhiều trên thực tế, tuy nhiên loại vật liệu này vẫn đang gặp phải rất nhiều rào cản.

Theo tác giả, hiện nay vấn đề chi phí xây dựng cho loại vật liệu sinh học vẫn còn cao và nhận thức về tiềm năng, giá trị của vật liệu này vẫn còn chưa phổ biến. Ngoài ra, ở nhiều nước vẫn chưa có hướng dẫn cụ thể về ứng dụng vật liệu này. Đặc biệt, các tiêu chuẩn về vật liệu này còn đang trong quá trình nghiên cứu.

Mặt khác, những thách thức bao gồm việc nâng cấp quy mô sản xuất của các nhà sản xuất vật liệu mới, sự không nhất quán trong đánh giá vòng đời, chứng nhận và công nhận vật liệu, lợi ích trong ngành Xây dựng và mối quan tâm về chi phí ban đầu, tính sẵn có và kiến thức về sản phẩm.

Thách thức tiếp theo là để thử nghiệm một vật liệu sinh học mới cần sử dụng một tiêu chuẩn được phát triển bởi một công ty đa quốc gia lớn hoặc Viện nghiên cứu lớn.

Để tạo ra một tiêu chuẩn cho một vật liệu mới có thể mất khoản chi phí khoảng 6 tỷ đồng, việc sử dụng một tiêu chuẩn hiện có phù hợp có thể được áp dụng cho một vật liệu mới có thể giảm chi phí theo các mức độ áp dụng.

Bất chấp những ưu điểm đã được chứng minh, tương lai của vật liệu sinh học vẫn còn đối mặt với nhiều thách thức. Ví dụ: quy chuẩn xây dựng mỗi nước là khác nhau và nhiều nơi các quy chuẩn an toàn cho công trình sắt thép thì không thiếu, nhưng cho gỗ thì còn hạn chế. Economist chỉ ra ví dụ ở một số thành phố của Mỹ, công trình gỗ không được xây quá 5 hoặc 6 tầng (tương đương chiều cao của xe thang cứu hỏa). Bên cạnh đó, chi phí để sản xuất, thử nghiệm và áp dụng của vật liệu này vẫn còn khá cao so với thị trường Việt Nam.

Tác giả cũng hy vọng, các cơ quan chức năng sớm ban hành tiêu chuẩn về sử dụng vật liệu gỗ CLT, gỗ Glulam… và các quy định về tỷ lệ áp dụng vật liệu sinh học trong công trình. Điều này sẽ là bước đầu giúp các nhà đầu tư, khách hàng nhận thức được tầm quan trọng của vật liệu sinh học và góp phần đưa ngành Xây dựng Việt Nam bắt kịp sự phát triển của ngành Xây dựng trên thế giới, các công nghệ phát triển vật liệu sinh học và tạo điều kiện cho các kỹ sư, KTS có được cơ sở để thiết kế sáng tạo ứng dụng vật liệu mới cho công trình. Các nguyên liệu có thể tái tạo và tái chế là những điều kiện tiên quyết cho một xã hội tuần hoàn.

Có thể nói, nếu sắt thép lên ngôi ở thế kỷ XIX và thế kỷ XX là thời của bê tông cốt thép, thì vật liệu thế kỷ XXI là vật liệu sinh học, bởi nó sẽ góp phần giải quyết vấn đề về chất thải và ô nhiễm và tái tạo cuộc sống xanh.