如今，大多數(shù)建筑主要采用傳統(tǒng)建筑材料，如水泥和鋼鐵，這些材料對環(huán)境的影響很大。用木材、粘土、稻草或大麻等可再生替代材料代替這些材料是可能的，傳統(tǒng)材料的生產(chǎn)也同樣可以實現(xiàn)綠色化。但總有取舍。各個替代材料的優(yōu)勢和劣勢是什么？哪些是可行的？哪些是真正可持續(xù)的？
初創(chuàng)公司 TRIQBRIQ 利用災(zāi)后木材制造承重模塊化木質(zhì)建筑構(gòu)件
水泥或鋼鐵等傳統(tǒng)建筑材料的環(huán)境成本很高，增加了建筑行業(yè)的氣候績效。目前，大多數(shù)脫碳努力都集中在減少供暖、制冷和照明產(chǎn)生的排放上。隨著歐洲建筑變得更加節(jié)能、天然氣和煤炭供暖被取代、發(fā)電變得更加清潔，這種情況將會發(fā)生改變。事實上，從建筑物整個生命周期的碳足跡來看——從材料制造到拆除——經(jīng)合組織預(yù)計，到 2050 年，建筑材料所含排放量將與運營排放量一樣高。在最極端的情況下，所含排放量已經(jīng)占到建筑物碳足跡的90% 以上。選擇使用什么材料來建造建筑對于確定和限制辦公室、商店和房屋對氣候的全面影響至關(guān)重要。這是因為當(dāng)今最廣泛使用的建筑材料的生產(chǎn)往往污染嚴(yán)重。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP) 2023 年的一份報告指出：“僅三種材料——混凝土、鋼鐵和鋁——就占了當(dāng)今全球總排放量的 23%。”在歐洲，建筑業(yè)每年的二氧化碳排放量為 2.5 億噸。雖然存在更可持續(xù)的建筑材料，但它們往往成本更高，建筑商往往不信任它們。盡管如此，開發(fā)商和建筑師越來越多地在他們的項目中使用基于自然的替代品，如木材、粘土甚至大麻。與此同時，許多制造商正在尋找使其產(chǎn)品更環(huán)保的方法。在凈零排放的未來，住宅、學(xué)校和餐館可以用什么材料建造？完全避免新建筑通常是最可持續(xù)的選擇：延長現(xiàn)有建筑的使用壽命，更好地利用它們，并在必須拆除時重新使用其組件和材料，這是唯一可能節(jié)省最多排放、限制資源開采和減少浪費的選擇。自然建筑實驗室( NBL ) 的建筑師兼研究員 Kim Gundlach 告訴清潔能源通訊社 (CLEW)：“我們需要從總體上考慮增長和消費。”在包括德國在內(nèi)的許多地方，拆除和重建現(xiàn)有建筑往往比改造或翻新現(xiàn)有建筑更容易。與此同時，研究人員一致認(rèn)為，歐洲的建筑存量尚未得到充分利用。智庫 Bauhaus Earth 的研究員兼項目經(jīng)理 Angelika Drescher 告訴 CLEW：“繼續(xù)利用現(xiàn)有空間并使其適合進(jìn)一步使用確實非常重要。”使用已制造的材料是降低新建和翻新項目碳排放最容易實現(xiàn)的方法之一。環(huán)境署表示，重新利用建筑環(huán)境中已有的材料具有巨大潛力，尤其是在建筑存量龐大且老化的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體。對于新建筑，研究人員表示，為了使建筑更加可持續(xù)，在討論中，應(yīng)該更加重視使用更少的材料進(jìn)行高效設(shè)計（在保持相同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時可以實現(xiàn)），并仔細(xì)研究可能與氣候中和目標(biāo)相沖突的現(xiàn)有建筑標(biāo)準(zhǔn)。岡拉克說：“氣候友好型設(shè)計和建筑原則應(yīng)該納入大學(xué)課程。我們需要該領(lǐng)域的高素質(zhì)人才來完成未來的任務(wù)。”使用生物基材料建造建筑將使建筑行業(yè)從污染大戶變?yōu)樘寂欧庞⑿邸Ｄ静摹⒅褡印⒌静莼虼舐榈炔牧显谏L過程中都會吸收碳。使用這些材料建造的學(xué)校、住宅和辦公室可以儲存比建筑本身排放的更多的碳，從而使它們在建筑物的整個使用壽命期間（通常至少幾十年）成為碳吸收器。“這關(guān)乎持續(xù)時間和儲存，”Bauhaus Earth 的 Drescher 說道。“如果儲存在百年老樹中的二氧化碳在建筑物中停留的時間超過 100 年，那么我們就成功延緩了二氧化碳的釋放，幫助大氣稍微呼吸一下。”根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 2023 年的報告，到 2050 年，轉(zhuǎn)向（適當(dāng)管理的）生物基材料可使世界許多地區(qū)的排放量減少高達(dá) 40%，甚至與低碳混凝土和鋼鐵的排放量相比也更為可觀。循環(huán)經(jīng)濟(jì)咨詢公司 Metabolic發(fā)現(xiàn)，在歐洲，如果 50% 的新住宅建筑轉(zhuǎn)向生物基材料，到 2030 年，建筑行業(yè)的排放量可減少 18%。然而， NBL的格倫德拉赫表示：“經(jīng)濟(jì)激勵還不足以讓很多人真正使用這些材料。”例如，在德國，這是由于建筑認(rèn)證和許可流程非常復(fù)雜，以及責(zé)任和保修問題，尤其是對于再利用材料和非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品而言。她補(bǔ)充道：“研究、工業(yè)和政治之間存在知識差距，需要通過不同利益相關(guān)者之間的高質(zhì)量合作來彌補(bǔ)。”
在德國，盡管刺槐木具有出色的戶外使用性能，并且與鋼柱相比碳排放量明顯較低，但尚未獲得標(biāo)準(zhǔn)化批準(zhǔn)。圖片：Bauhaus der Erde。但我們也取得了進(jìn)展：自 2022 年起，法國要求所有新建公共建筑至少采用 50% 的木材或其他天然材料建造，而大阿姆斯特丹地區(qū)的市政當(dāng)局同意，到 2025 年，至少20% 的新建筑應(yīng)使用木材作為主要材料。包豪斯地球的德雷舍爾說，讓建筑過程更加靈活和適應(yīng)性很重要。“我們不知道未來氣候條件下會有什么材料可用。因此，我們需要加強(qiáng)區(qū)域價值鏈，以提高區(qū)域彈性：較小的結(jié)構(gòu)可能能夠更有機(jī)地適應(yīng)。”大宗木材（工程木材，如交叉層壓木材）在建筑結(jié)構(gòu)方面可以與鋼材和鋼筋混凝土相媲美。它作為可持續(xù)建筑材料具有巨大潛力，目前已廣泛應(yīng)用于項目中。木材可以幫助社會實現(xiàn)氣候目標(biāo)：一立方米木材含有約一噸碳，具體取決于樹種。木材具有諸多優(yōu)點，例如堅固耐用、防火，建筑組件可在場外以模塊化或連續(xù)的方式預(yù)制，從而減少建筑垃圾并加快建筑進(jìn)程。木材重量輕，非常適合為現(xiàn)有建筑增加樓層，從而創(chuàng)造生活區(qū)，而無需占用更多空間。此外，木材還是一種有效的隔熱材料，可減少供暖和制冷需求。然而，木制品對氣候的友好程度取決于可持續(xù)森林戰(zhàn)略和負(fù)責(zé)任砍伐的程度，以及更廣泛的社會和生態(tài)背景。樹木需要很長時間才能生長，森林對氣候變化的適應(yīng)力是其生產(chǎn)力的重要因素。包豪斯地球的德雷舍爾說：“人們對建筑行業(yè)如何處理不同類型木材（例如硬木）進(jìn)行了大量研究，因為我們根本不知道未來會生長哪些樹木，以及森林是否會繼續(xù)像現(xiàn)在一樣旺盛生長，或者它們是否會面臨干旱問題。”
TRIQBRIQ 使用回收木材制作所謂的 BRIQ，這些木材可以在建筑物使用壽命結(jié)束時拆除并完全重新使用。照片：TRIQBRIQ。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的 2023 年報告，全球 38% 的木制品用于建筑環(huán)境（2020 年約為 18 億噸）。波茨坦氣候影響研究所 ( PIK ) 2020 年的一份報告發(fā)現(xiàn)，理論上，到 2050 年，全世界可以采伐足夠的木材，用這些材料建造 90% 的新建筑。然而，作者警告說，可持續(xù)森林管理是關(guān)鍵，而且不確定性仍然存在。“將木材作為建筑材料很重要。但是，我們需要專注于翻新和擴(kuò)建，而不是新建建筑，并利用現(xiàn)有建筑存量，” NBL的 Gundlach 表示。“此外，其他天然材料以及硬木材料對于氣候公平的建筑行業(yè)也很重要。”同樣，德國可持續(xù)建筑委員會 ( DGNB )研發(fā)部負(fù)責(zé)人安娜·布勞內(nèi) (Anna Braune)也認(rèn)為，木材建筑并非最終解決方案。她告訴 CLEW：“人們拼命想繼續(xù)維持除了木材之外的正常業(yè)務(wù)，但面對如此多的新建筑，我們無法繼續(xù)維持正常業(yè)務(wù)。”“我們需要認(rèn)真考慮整個歐洲的面積有多大——建筑、能源生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和生物多樣性保護(hù)等土地使用競爭日益激烈。繼續(xù)我們的商業(yè)模式，但只使用木材，從長遠(yuǎn)來看是不可持續(xù)的。” 這也適用于全球范圍：“對于世界上大多數(shù)國家來說，僅使用木材的解決方案既不可能也不可取，”《一個地球》雜志 2020 年的一份報告總結(jié)道。專注于再利用木材是一個尚未開發(fā)的選擇，而通常用于燃燒生物質(zhì)的低等級木材或副產(chǎn)品可以找到其他用途，包括木纖維絕緣材料。例如，德國南部的初創(chuàng)公司 TRIQBRIQ正在開發(fā)由廢木材制成的建筑砌塊，這些廢木材原本會被切碎成刨花板或燒掉。它們像樂高積木一樣鎖在一起，可以在建筑物使用壽命結(jié)束時完全重復(fù)使用。
位于荷蘭東部村莊利維爾德的 Bio-Hotel Achterhoek 酒店采用來自鄰近農(nóng)場的稻草以及當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的粘土和木材建造而成。照片：Kyllmann/CLEW。粘土在不久前就已經(jīng)是世界許多地方流行的建筑材料，如今，粘土正作為傳統(tǒng)建筑材料的可持續(xù)替代品重新流行起來。粘土建筑環(huán)保、隔音、不易燃，而且這種材料通常就地可得。粘土可用于制作天花板、墻壁、屋頂和地板，以及干式墻板，粘土灰泥也很常見。粘土（或夯土）壓制或模制成磚塊后，也具有巨大的承重能力。這種建筑類型仍處于實驗階段，但位于柏林西南部的燈塔項目 ProtoPotsdam使用了通常作為昂貴廢物處理的挖掘出的粘土作為其承重結(jié)構(gòu)的一部分。
ProtoPotsdam 項目旨在縮小理論與實踐之間的差距，并展示進(jìn)步設(shè)計的建筑、政治和經(jīng)濟(jì)潛力。照片：414films/Bauhaus der Erde gGmbH。項目開發(fā)人員對未燒制的壓縮粘土磚進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化和認(rèn)證，在此過程中，他們“驚訝地”發(fā)現(xiàn)，這種磚可用于建造高達(dá)五層的建筑（多年來，德國只允許在不超過兩層的建筑中使用承重粘土墻）。Bauhaus Earth還發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)建筑材料（如砂灰磚、磚塊或混凝土砌塊）相比，粘土砌塊的二氧化碳排放量要低 10 到 20 倍。粘土具有良好的溫度和濕度調(diào)節(jié)特性，對室內(nèi)聲學(xué)和室內(nèi)氣候也有積極影響。然而，這種材料對天氣很敏感：ProtoPotsdam 項目在冬季停止施工，因為粘土必須避免暴露在霜凍中才能保持其特性。這意味著用粘土建造建筑需要不同的施工過程，但負(fù)責(zé)該項目的 Bauhaus Earth 的 Drescher 認(rèn)為，這些變化是向可持續(xù)材料過渡令人興奮的一部分。其他天然材料，如竹子、草、稻草或大麻，已經(jīng)可以滿足建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和隔熱需求。它們不僅比大多數(shù)傳統(tǒng)材料更具可持續(xù)性，而且如果使用得當(dāng)，用生物基材料建造的建筑物甚至可以有益于居民的健康，從改善室內(nèi)空氣質(zhì)量到提高創(chuàng)造力。秸稈是谷物產(chǎn)生的廢棄物，如今已被重新發(fā)現(xiàn)是一種有價值的隔熱材料或板材。秸稈具有高隔熱性和良好的隔音性能，經(jīng)過適當(dāng)加工后，還具有很強(qiáng)的防潮和防霉性能。將其用作建筑材料通常不需要額外的種植面積；例如，根據(jù)信息平臺 Geb?udeforum klimaneutral 的數(shù)據(jù)，在德國，未用于畜牧業(yè)的部分足以為 350,000 戶單戶住宅提供隔熱材料。
另一座展示粘土建筑潛力的建筑是位于法蘭克福南部達(dá)姆施塔特的 Alnatura Campus。這座歐洲最大的粘土辦公樓由有機(jī)食品零售商建造，可容納 500 名員工，并榮獲 2019 年粘土建筑獎。照片：Roland Halbe/Alnatura。以巴黎附近的一家體育中心為例，大麻作為建筑材料也前景光明。這種植物生長迅速，幾乎不需要殺蟲劑。它可以用作鋁板和鋼板的替代品，或者更值得注意的是，它可以用作“大麻混凝土”，一種非承重墻和絕緣材料。歐洲工業(yè)大麻協(xié)會 (EIHA) 委托撰寫的一份報告發(fā)現(xiàn)，目前在歐洲種植的大麻品種每年可以儲存 7 至 9.6 噸二氧化碳當(dāng)量。“創(chuàng)新并不一定意味著它需要新穎和花哨，”再生建筑公司 YR22 的創(chuàng)始人兼作者 Fabian H?rmann 告訴 CLEW。“泥土、稻草或大麻等優(yōu)質(zhì)舊材料可以替代建筑物某些部分的碳密集型材料。關(guān)鍵是將每種材料放在建筑的最佳位置，以發(fā)揮其特定優(yōu)勢。”不過，創(chuàng)新和新技術(shù)確實為更多解決方案打開了大門。荷蘭學(xué)者正在研究用菌類制作天花板和地板的潛力，因為蘑菇生長迅速，作為建筑材料具有優(yōu)異的物理性能。與此同時，丹麥、澳大利亞和英國的研究人員正在探索藻類、海藻和貝類的潛力，這些生物不會爭奪土地，而且通常具有抗蟲性。鑒于歐盟預(yù)計其絕大多數(shù)建筑存量在 2050 年仍將保持不變，提高漏水住宅和辦公室能源效率的隔熱材料對于實現(xiàn)氣候中和至關(guān)重要。天然隔熱材料（例如主要由廢紙或當(dāng)?shù)胤N植的亞麻、軟木、蘆葦和沼澤作物生產(chǎn)的纖維素）并不一定比合成隔熱材料差。盡管如此，它們目前的銷售量明顯較低。水泥和混凝土是迄今為止最突出的建筑材料，占?xì)W洲建筑物總質(zhì)量的 70%。水泥是繼水之后世界上使用量第二大的材料。謝菲爾德大學(xué)高級講師兼可持續(xù)材料研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人布蘭特·沃克利告訴 CLEW，這樣做是有充分理由的。“水泥的性能非常出色，它幫助我們建設(shè)了現(xiàn)代社會，”他說。“我們現(xiàn)在意識到，像許多革命性的技術(shù)一樣，水泥在很多方面都具有破壞性，但這種材料本身卻非常神奇。”波特蘭水泥是應(yīng)用最為廣泛的水泥類型，盡管其生產(chǎn)本身就具有污染性。將占其主要成分 90% 的石灰石轉(zhuǎn)化為熟料的化學(xué)反應(yīng)會釋放碳（每噸水泥釋放 750-850 公斤碳），這是無法避免的。全球排放量的 6% 至 8%可歸因于水泥行業(yè)，這一比例高于全球航空業(yè)。這并不是說水泥的碳足跡無法減少：改變混凝土生產(chǎn)所用的材料（使用混合水泥和堿激活材料，詳見下文），以及改變設(shè)計以使用更少的水泥（例如，斯圖加特大學(xué)的一個項目開發(fā)了在低負(fù)荷區(qū)域有孔隙或空腔的混凝土，節(jié)省了高達(dá) 40% 的材料使用量）并重新使用現(xiàn)有組件，都是提高整個行業(yè)可持續(xù)性的方法。歐洲大型水泥公司正在大力投資的另一個解決方案是碳捕獲技術(shù)。據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇稱，這是“唯一已知的”使水泥排放量接近零的途徑。歐盟提出了一項工業(yè)碳管理提案，德國政府也提出了實現(xiàn)碳捕獲和儲存 (CCS) 的計劃，以幫助該國在 2045 年實現(xiàn)溫室氣體中和。然而，仍有許多懸而未決的問題，包括成本上漲（目前的生產(chǎn)成本上漲了 50% 至 85%）以及缺乏碳運輸和儲存基礎(chǔ)設(shè)施。謝菲爾德大學(xué)的沃克利認(rèn)為：“碳捕獲和儲存目前還不能大規(guī)模應(yīng)用于水泥生產(chǎn)，我不知道它是否能實現(xiàn)。”工業(yè)中使用了幾種低碳水泥，但沒有一種能達(dá)到滿足需求的規(guī)模。“我認(rèn)為這種情況不會在短期內(nèi)發(fā)生重大變化，”沃克利說，并繼續(xù)解釋說，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中有大量資金用于制造傳統(tǒng)波特蘭水泥，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。“大多數(shù)已經(jīng)起飛的可持續(xù)水泥是那些不需要改變?nèi)魏位A(chǔ)設(shè)施的水泥。”謝菲爾德大學(xué)博士研究員 Madeline Rihner 通過生命周期評估來評估該行業(yè)的脫碳戰(zhàn)略，她告訴 CLEW：“雖然沒有單一的解決方案來實現(xiàn)水泥行業(yè)的脫碳，但有很多可用的選擇，所有減少碳排放的方法都是必要的，并在一定程度上被使用，具體取決于應(yīng)用情況。”隨著世界人口和城市的增長，未來幾十年對水泥和鋼鐵的需求只會增加。謝菲爾德大學(xué)的沃克利說：“問題不在于我們能否用其他東西替代水泥和混凝土，而在于我們?nèi)绾问蛊涓迎h(huán)保和可持續(xù)。”“我會謹(jǐn)慎地說我們可以實現(xiàn)氣候中和或凈零排放，但我非常樂觀地認(rèn)為我們可以取得巨大進(jìn)步。”
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