如今，大多數建筑主要采用傳統建筑材料，如水泥和鋼鐵，這些材料對環境的影響很大。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，傳統材料的生產也同樣可以實現綠色化。但總有取舍。各個替代材料的優勢和劣勢是什么？哪些是可行的？哪些是真正可持續的？
初創公司 TRIQBRIQ 利用災后木材制造承重模塊化木質建筑構件
水泥或鋼鐵等傳統建筑材料的環境成本很高，增加了建筑行業的氣候績效。目前，大多數脫碳努力都集中在減少供暖、制冷和照明產生的排放上。隨著歐洲建筑變得更加節能、天然氣和煤炭供暖被取代、發電變得更加清潔，這種情況將會發生改變。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——經合組織預計，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重要。這是因為當今最廣泛使用的建筑材料的生產往往污染嚴重。聯合國環境規劃署 (UNEP) 2023 年的一份報告指出：“僅三種材料——混凝土、鋼鐵和鋁——就占了當今全球總排放量的 23%。”在歐洲，建筑業每年的二氧化碳排放量為 2.5 億噸。雖然存在更可持續的建筑材料，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品更環保的方法。在凈零排放的未來，住宅、學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的選擇：延長現有建筑的使用壽命，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。”在包括德國在內的許多地方，拆除和重建現有建筑往往比改造或翻新現有建筑更容易。與此同時，研究人員一致認為，歐洲的建筑存量尚未得到充分利用。智庫 Bauhaus Earth 的研究員兼項目經理 Angelika Drescher 告訴 CLEW：“繼續利用現有空間并使其適合進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的方法之一。環境署表示，重新利用建筑環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達經濟體。對于新建筑，研究人員表示，為了使建筑更加可持續，在討論中，應該更加重視使用更少的材料進行高效設計（在保持相同結構強度的同時可以實現），并仔細研究可能與氣候中和目標相沖突的現有建筑標準。岡拉克說：“氣候友好型設計和建筑原則應該納入大學課程。我們需要該領域的高素質人才來完成未來的任務。”使用生物基材料建造建筑將使建筑行業從污染大戶變為碳排放英雄。木材、竹子、稻草或大麻等材料在生長過程中都會吸收碳。使用這些材料建造的學校、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。“這關乎持續時間和儲存，”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。”根據聯合國環境規劃署 2023 年的報告，到 2050 年，轉向（適當管理的）生物基材料可使世界許多地區的排放量減少高達 40%，甚至與低碳混凝土和鋼鐵的排放量相比也更為可觀。循環經濟咨詢公司 Metabolic發現，在歐洲，如果 50% 的新住宅建筑轉向生物基材料，到 2030 年，建筑行業的排放量可減少 18%。然而， NBL的格倫德拉赫表示：“經濟激勵還不足以讓很多人真正使用這些材料。”例如，在德國，這是由于建筑認證和許可流程非常復雜，以及責任和保修問題，尤其是對于再利用材料和非標準化產品而言。她補充道：“研究、工業和政治之間存在知識差距，需要通過不同利益相關者之間的高質量合作來彌補。”
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，但尚未獲得標準化批準。圖片：Bauhaus der Erde。但我們也取得了進展：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的市政當局同意，到 2025 年，至少20% 的新建筑應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，我們需要加強區域價值鏈，以提高區域彈性：較小的結構可能能夠更有機地適應。”大宗木材（工程木材，如交叉層壓木材）在建筑結構方面可以與鋼材和鋼筋混凝土相媲美。它作為可持續建筑材料具有巨大潛力，目前已廣泛應用于項目中。木材可以幫助社會實現氣候目標：一立方米木材含有約一噸碳，具體取決于樹種。木材具有諸多優點，例如堅固耐用、防火，建筑組件可在場外以模塊化或連續的方式預制，從而減少建筑垃圾并加快建筑進程。木材重量輕，非常適合為現有建筑增加樓層，從而創造生活區，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森林戰略和負責任砍伐的程度，以及更廣泛的社會和生態背景。樹木需要很長時間才能生長，森林對氣候變化的適應力是其生產力的重要因素。包豪斯地球的德雷舍爾說：“人們對建筑行業如何處理不同類型木材（例如硬木）進行了大量研究，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像現在一樣旺盛生長，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束時拆除并完全重新使用。照片：TRIQBRIQ。根據聯合國環境規劃署的 2023 年報告，全球 38% 的木制品用于建筑環境（2020 年約為 18 億噸）。波茨坦氣候影響研究所 ( PIK ) 2020 年的一份報告發現，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，可持續森林管理是關鍵，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建，而不是新建建筑，并利用現有建筑存量，” 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也很重要。”同樣，德國可持續建筑委員會 ( DGNB )研發部負責人安娜·布勞內 (Anna Braune)也認為，木材建筑并非最終解決方案。她告訴 CLEW：“人們拼命想繼續維持除了木材之外的正常業務，但面對如此多的新建筑，我們無法繼續維持正常業務。”“我們需要認真考慮整個歐洲的面積有多大——建筑、能源生產、農業和生物多樣性保護等土地使用競爭日益激烈。繼續我們的商業模式，但只使用木材，從長遠來看是不可持續的。” 這也適用于全球范圍：“對于世界上大多數國家來說，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 年的一份報告總結道。專注于再利用木材是一個尚未開發的選擇，而通常用于燃燒生物質的低等級木材或副產品可以找到其他用途，包括木纖維絕緣材料。例如，德國南部的初創公司 TRIQBRIQ正在開發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束時完全重復使用。
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場的稻草以及當地出產的粘土和木材建造而成。照片：Kyllmann/CLEW。粘土在不久前就已經是世界許多地方流行的建筑材料，如今，粘土正作為傳統建筑材料的可持續替代品重新流行起來。粘土建筑環保、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構的一部分。
ProtoPotsdam 項目旨在縮小理論與實踐之間的差距，并展示進步設計的建筑、政治和經濟潛力。照片：414films/Bauhaus der Erde gGmbH。項目開發人員對未燒制的壓縮粘土磚進行了標準化和認證，在此過程中，他們“驚訝地”發現，這種磚可用于建造高達五層的建筑（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還發現，與傳統建筑材料（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節特性，對室內聲學和室內氣候也有積極影響。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，但負責該項目的 Bauhaus Earth 的 Drescher 認為，這些變化是向可持續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，已經可以滿足建筑物的圍護結構和隔熱需求。它們不僅比大多數傳統材料更具可持續性，而且如果使用得當，用生物基材料建造的建筑物甚至可以有益于居民的健康，從改善室內空氣質量到提高創造力。秸稈是谷物產生的廢棄物，如今已被重新發現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，經過適當加工后，還具有很強的防潮和防霉性能。將其用作建筑材料通常不需要額外的種植面積；例如，根據信息平臺 Geb?udeforum klimaneutral 的數據，在德國，未用于畜牧業的部分足以為 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姆施塔特的 Alnatura Campus。這座歐洲最大的粘土辦公樓由有機食品零售商建造，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。歐洲工業大麻協會 (EIHA) 委托撰寫的一份報告發現，目前在歐洲種植的大麻品種每年可以儲存 7 至 9.6 噸二氧化碳當量。“創新并不一定意味著它需要新穎和花哨，”再生建筑公司 YR22 的創始人兼作者 Fabian H?rmann 告訴 CLEW。“泥土、稻草或大麻等優質舊材料可以替代建筑物某些部分的碳密集型材料。關鍵是將每種材料放在建筑的最佳位置，以發揮其特定優勢。”不過，創新和新技術確實為更多解決方案打開了大門。荷蘭學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。鑒于歐盟預計其絕大多數建筑存量在 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氣候中和至關重要。天然隔熱材料（例如主要由廢紙或當地種植的亞麻、軟木、蘆葦和沼澤作物生產的纖維素）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，占歐洲建筑物總質量的 70%。水泥是繼水之后世界上使用量第二大的材料。謝菲爾德大學高級講師兼可持續材料研究團隊負責人布蘭特·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，它幫助我們建設了現代社會，”他說。“我們現在意識到，像許多革命性的技術一樣，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。”波特蘭水泥是應用最為廣泛的水泥類型，盡管其生產本身就具有污染性。將占其主要成分 90% 的石灰石轉化為熟料的化學反應會釋放碳（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，這一比例高于全球航空業。這并不是說水泥的碳足跡無法減少：改變混凝土生產所用的材料（使用混合水泥和堿激活材料，詳見下文），以及改變設計以使用更少的水泥（例如，斯圖加特大學的一個項目開發了在低負荷區域有孔隙或空腔的混凝土，節省了高達 40% 的材料使用量）并重新使用現有組件，都是提高整個行業可持續性的方法。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。據世界經濟論壇稱，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碳管理提案，德國政府也提出了實現碳捕獲和儲存 (CCS) 的計劃，以幫助該國在 2045 年實現溫室氣體中和。然而，仍有許多懸而未決的問題，包括成本上漲（目前的生產成本上漲了 50% 至 85%）以及缺乏碳運輸和儲存基礎設施。謝菲爾德大學的沃克利認為：“碳捕獲和儲存目前還不能大規模應用于水泥生產，我不知道它是否能實現。”工業中使用了幾種低碳水泥，但沒有一種能達到滿足需求的規模。“我認為這種情況不會在短期內發生重大變化，”沃克利說，并繼續解釋說，現有基礎設施中有大量資金用于制造傳統波特蘭水泥，這是一個巨大的挑戰。“大多數已經起飛的可持續水泥是那些不需要改變任何基礎設施的水泥。”謝菲爾德大學博士研究員 Madeline Rihner 通過生命周期評估來評估該行業的脫碳戰略，她告訴 CLEW：“雖然沒有單一的解決方案來實現水泥行業的脫碳，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，而在于我們如何使其更加環保和可持續。”“我會謹慎地說我們可以實現氣候中和或凈零排放，但我非常樂觀地認為我們可以取得巨大進步。”
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