来自农场的最新建筑材料

来源:By Eric Zhang     2024-01-08 10:29:18

来自北布拉班特哈伦的园艺师Joost Sterke说:“象草是一种非常棒的作物,有很多用途。” 他种植这种壮观的巨型草已经7年了,这种草可以长到4米高。“它适合用作燃料,也可以作为盆栽土壤中泥炭的替代品,我把它切碎洒在我的盆栽幼苗上,可以防止杂草和苔藓的形成,比进口的树皮屑更好。

Sterke指出,人们对这种快速生长的作物的兴趣有所增加。“我看到像我一样的园艺学家以及低洼地农场的农民正在寻求可持续的创新。”象草能很好地适应潮湿的环境。他预计,种植这种作物的兴趣将进一步增加,因为建筑行业正在注意到这一点。“一家比利时公司最近拜访了我们,探索用象草制成的底层地板在房屋建筑中的应用潜力。”


上图是一堆切碎的象草, 这是一种适合作为燃料的作物,可替代盆栽土壤中的泥碳,也被认为是建筑材料的潜在原料。在瓦赫宁根,象草也被视为一种有前途的建筑材料来源。30年来,瓦大食品与生物基研究院一直在测试富含纤维的农作物和加工过程的废弃物。例如,Richard Gosselink开发了一种坚硬的复合材料,这种材料的形状类似于过去用于谷仓屋顶的波纹铁皮。Gosselink解释说:“这是由椰子壳制成的,没有添加任何合成胶,但现在我们也可以用木屑和象草来生产这种材料。”

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用草隔热

专家认为这只是开始。他们预计,一旦人们不再用熟悉的黄色岩棉垫,而是用象草制成的纤维来隔热房屋,种植芒草的兴趣就会激增。荷兰住房和空间规划部长雨果•德•容格(Hugo de Jonge) 3月底在荷兰建筑行业杂志《Cobouw》上说:“我期待着有一天房子能在地里长出来。”去年12月,政府在一份备忘录中告知议会,它打算积极推广用于生物基建筑的纤维作物。考虑到这一点,荷兰的三个部委和六个省正在资助建筑平衡计划,该计划旨在加快生物基材料在建筑领域的采用,瓦大也参与了这个项目。


该项目的发起人和负责人Jan Willem van de Groep会定期走访农户并参观建筑公司。独立顾问Van de Groep认为,他们将从彼此身上获益良多。新作物为种植业和养殖业农民提供了一种新的商业模式,这种模式可使建筑行业减少对气候的负面影响。目前,岩棉和玻璃棉的生产消耗大量能源,排放大量二氧化碳和氮。欧洲农业法规有利于象草的种植。从今年春天开始,必须在河道沿线保持3到5米宽的缓冲带,在那里粪肥和杀虫剂是禁止使用的。这既适用于耕地,也适用于草地。在这些缓冲地带以及溪谷和边缘土地上,对粗放型作物只需很少的投入和农药。芦苇和象草等作物可以在沼泽地区茁壮成长,使泥炭草地和保水区保持高产成为可能。Van de Groep说,还有其他纤维作物,如向日葵和大麻,它们具有抗旱性,适合干燥的沙质土壤。

他补充说,”这些作物的另一个优势是生产链往往很短。农民把晒干、切碎的收获物送到该地区的大棚里,在那里经过筛分和除尘。然后,松散的纤维可以加工成屋顶中空隔热材料和预制建筑构件。如果有一个运行良好的生产链和一个碳捕获补偿系统,一个种植芒草的农民每公顷可以赚3000欧元。我们正在努力让这类链条运转起来。”

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碳储存

在这样的生产链上的农民也会因其作物中储存的碳而获得报酬。“如果荷兰要达到巴黎协定的目标,二氧化碳的储存是至关重要的。建筑行业用生物纤维和木材促进了这一点,而其中的大部分功劳应该归农民所有。“在短期内,建筑平衡计划的目标是在13个地区,每个地区有1000公顷的新纤维种植。”他们的想法是,到2030年,这一面积将增加到5万公顷。据计算,有了18万公顷的纤维作物,建筑行业可以完全用生物纤维代替矿物纤维。Van de Groep说:“这约占荷兰农业用地的10%,因此每年将有助于减少550万吨二氧化碳。”到2030年,荷兰需要在1990年的基础上减少110兆吨的二氧化碳排放量。4月中旬的一份官方报告显示,其中2200万吨需要采取额外措施。纤维农业可以贡献相当大的比例。

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二手水泥

生物基建筑还有更多的发展机会。瓦赫宁根食品与生物基研究院实验室的一项惊人发明是旧水泥的再活化。水泥是混凝土的主要成分,它占全球二氧化碳排放量的7%。瓦赫宁根大学的研究人员通过向旧水泥中添加来自食品工业废料的生物聚合物,成功地使其可重复使用。研究人员Richard Gosselink拒绝透露这些是哪种生物聚合物。“无论如何,我们已经证明了这种生物添加剂可以使旧水泥形成新的化合物。然后水泥会再次粘在一起,就像被重新激活一样。

这种二手水泥将主要应用于建筑和食品工业的废物增值,同时减少二氧化碳排放。瓦赫宁根食品与生物基研究院正在与AMS研究所(阿姆斯特丹都市方案研究所)、TNO(荷兰应用科学研究院)和几家公司合作。Gosselink说:“但是建筑和拆除垃圾的分离技术还需要进一步微调,这样我们才能把水泥和砖分开。”“我们希望在2024年制造出一种铺路石作为示范产品。”

Gosselink还向我们展示了一块“生物沥青”。他花了10年的时间研究如何用木质素取代化石产品沥青,木质素是赋予植物力量的木质物质,它能将沥青中的石头和沙子粘在一起。“我们已经在荷兰启动了30多个试点项目,从瓦大校园的自行车道到特尔纽岑的环路。在所有这些地方,一半的化石沥青已经被木质素沥青所取代。

沥青是从石油中提取出较轻且具有商业吸引力的成分(如石蜡、汽油、柴油和燃料油)后剩下的。而木质素则是一种可再生资源。例如,木材和修剪废弃物中就含有大量木质素,造纸业也会有木质素产生。象草是木质素的另一个潜在来源。Gosselink还向我们讲述了来自国外的兴趣, 比如斯堪的纳维亚森林茂密的国家、加拿大和波罗的海国家都对此特别感兴趣。“我希望在一年内我们能够建立一个试验场,在那里所有的沥青都被生物基成分所取代。”

这项研究也使木质素为基础的屋顶更接近现实。天然木材组织还可以取代诸如刨花板或广泛使用的覆盖板(如Trespa品牌)中的胶水成分酚醛。Gosselink说:“我们正在研究用木质素和其他生物基成分取代这些产品中所有传统胶水的可行性。”

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国家环境数据库

 这是瓦大正在进行的刺激生物基建筑材料市场发展的项目之一,其旨在将这些材料纳入国家环境数据库。“我们正在合作制作‘产品卡’,让建筑行业清楚地看到13种生物基材料的环境效益。瓦赫宁根食品与生物研究院的Martren van den Oever说:“建筑师和项目开发商可以利用这个数据库来计算他们建筑的环境得分。”人们还在研究一种可视化生物基建筑材料中碳储存的方法。这将有助于减少建筑物的碳足迹,从而增加生物基建筑材料的使用。

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压缩板

Gosselink的同事Arjen van Kampen把手伸进一个大纸板箱里,拿出了在瓦赫宁根发现和开发的更有趣的新型植物基建筑材料。例如由大麻制成的隔热材料和由日本虎杖纤维与生物基塑料混合制成的3d打印材料。还有“无粘合剂板”——由长纤维通过高压和高温压成薄片制成的板,不添加传统的化石基和不可回收的粘合剂。“令人高兴的是,我们的研究小组在2000年左右开始在菲律宾处理椰子废料,现在我们在荷兰这里使用各种当地的木质废料,如芦苇、稻草和修剪废料。”它是中密度纤维板的良好替代品。“还有一件很棒的事情是,这种纤维板防潮性能很好。”

瓦赫宁根还致力于生物炼制,以获得质量更好的纤维、木质素和其他成分。”这通常需要更复杂的技术,但我们试图使生物炼制过程保持简单,这样它们就可以在靠近农场的工厂中小规模应用,这些工厂可以为该地区提供额外的经济价值”, Van Kampen解释说。

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发现潜力

瓦赫宁根的研究人员——目前大约有150人——已经研究生物基材料30年了。并且在那一时期就有了许多新的技术。那么,为什么创新的应用仍然有限呢?怎样才能挖掘出这些存在的潜力呢?“从最简单的应用开始,比如纤维,”Van de Groep说。他说,如果农业和建筑业迅速结合起来,如果政界人士和政府看到了好处,就会有所帮助。

毕竟,在通过立法和激励计划创造刺激条件方面,他们掌握着主导权。他指出,农民需要能够全年供应生物基建筑材料,而不仅仅是在收获季节。

对农民来说,产量是一个重要的问题。Van Kampen认为,我们需要从更广阔的角度看待纤维作物的新收入模式。当然,对农作物来说,利润是基于每公顷产量减去每公顷成本。如果必须降低每公顷土地的粮食比例,也许是通过减少奶牛数量或拓宽沟渠旁的无产区,那么农民的商业模式就需要得到补充——例如,从生物纤维中获得利润。这些作物提供的生态系统服务,比如对土壤和水质、生物多样性和建筑材料中的二氧化碳储存的积极影响,也应该被计算在内。”

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自然基材料

Edwin Hamoen领导瓦大自然基材料研究项目已经三年了,Gosselink和Van Kampen参与了该项目。Hamoen说,除了农场的稳定供应外,适用于建筑行业的所有技术规范也很重要。“新的生物基建筑产品必须具有无可挑剔的质量,提供良好的隔热,防火防潮。”但他也提出了另一个问题。“我们作为一个社会组织,也作为瓦大的研究人员,应考虑如何全面看待能源转型、更循环的经济、粪便、氮、水和自然等问题。”使用生物基材料的积极影响应该更多地反映在价格上,以确保与传统材料的公平比较。”

Hamoen认为,问题在于,在建筑行业就像在农业领域一样,很难走出老路,开辟新天地。我们对未知的事物总会保持警惕。例如,一些建筑商认为天然绝缘材料会吸引老鼠和其他害虫。在所有材料都经过两次验证之前,建筑界不会改变方向。当然,这是正确的,因为质量和安全必须放在第一位。但这确实造成了一个先有鸡还是先有蛋的问题,如果政府制定招标要求,规定使用生物基材料,这个问题将很快迎刃而解。

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现在就开始

大型建筑公司Ballast Nedam的开发总监Onno Dwars表示,如果荷兰面临的建筑和翻新工作要用更多的生物基材料来完成,那么就没有时间可以浪费了。假设这项行动从2030年开始。然后计划必须在2026年准备好,所以你有三年的时间让生物基链启动并运行,”Dwars解释说。他还说,这意味着尽可能多的建筑材料供应链需要变成生物基的。“包括隔热纤维、屋顶木质素沥青和千思板。以及用于地面房屋的层压木材承重梁和更多的木框架结构。不要选择部分选项,要全部都做。”

Dwars认为,如果政府设定一个目标,即到2035年,建筑业的二氧化碳和氮排放量应该减少到零,那么金融家们就会行动起来。这将是推动变革的引擎。建筑业的能源转型也发生了同样的事情。这是由抵押贷款折扣和更慷慨的节能住房抵押贷款推动的。居民们现在的能源账单也更低了。政府和金融家可以以类似的方式刺激生物基建筑。

他说,如果瓦大能让农业链上更多的各方参与到生物基建筑中来,并开发出更多新的商业模式,那就太好了。除了建筑行业,包装行业和品牌服装商也期待着使用植物性原材料。”

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