Όταν η βιοτεχνολογία συναντάει την αρχιτεκτονική τα όρια ανάμεσα στο φυσικό και στο τεχνητό περιβάλλον ρευστοποιούνται. Τι επιφυλάσσουν οι διεπιστημονικές συνεργασίες και πώς αυτές μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο που ζούμε; Τσιμέντο που «επουλώνει» μόνο του τις ρωγμές, μονώσεις από μυκήλιο, βιοδεκτικοί τοίχοι που αξιοποιούν όμβρια ύδατα και απορροφούν ρύπους. Εικόνες που φαντάζουν βγαλμένες από μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας, αλλά δεν είναι. Τα ενεργά δομικά υλικά φιλοδοξούν να αποκτήσουν ρόλο στις κατασκευές της επόμενης ημέρας. Τα στοιχεία είναι αμείλικτα. Σύμφωνα με τον ΟΗΕ, οι εκπομπές CO2 από τα κτίρια και τον κατασκευαστικό τομέα έπεσαν το 2020 στα επίπεδα του 2007.
Η μείωση οφείλεται κυρίως στην πανδημία του κορονοϊού με τον ΟΗΕ να στηλιτεύει την μάλλον αργή πρόοδο του κλάδου προς την απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές και να επικροτεί το γεγονός ότι πλάι στις μειώσεις των εκπομπών από τον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής, ολοένα και περισσότερες χώρες υιοθέτησαν μέτρα «που ενδέχεται να έχουν μελλοντικές επιπτώσεις στις εκπομπές (σ.σ. CO2) και στην ενεργειακή απόδοση των κτιρίων».
Πιο συγκεκριμένα τα κτίρια και η κατασκευαστική βιομηχανία καταναλώνουν το 36% της παγκόσμιας τελικής ενέργειας και ευθύνονται για το 37% των εκπομπών CO2. Για να επιτευχθούν οι στόχοι της Συμφωνίας του Παρισιού, το δομημένο περιβάλλον οφείλει μέχρι το 2030 να μειώσει στο μισό τις εκπομπές CO2, ενώ οι ανθρακούχες εκπομπές σε όλα τα νέα κτίρια πρέπει να είναι μηδενικές. Πέρα όμως από τις διεργασίες σε διεθνές επίπεδο, τις εναρμονίσεις των εθνικών νομοθεσιών, την επιβολή μέτρων ή την παροχή κινήτρων για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων, ειδικοί από τους κλάδους της βιοτεχνολογίας, της επιστήμης των υλικών, της χημείας, της βιοτεχνολογίας αλλά και του ντιζάιν φιλοδοξούν να αλλάξουν ριζικά τη σχέση ανάμεσα στο δομημένο περιβάλλον και στον φυσικό κόσμο.
Ενεργά δομικά υλικά – μαθαίνοντας απο τη φυσική πολυπλοκότητα
«Η αειφόρος αρχιτεκτονική στοχεύει στην ελαχιστοποίησή των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων στις δομικές κατασκευές» επισημαίνει μιλώντας στο Architect ο καθηγητής Μηχανικής Συμπεριφοράς Επιφανειών και Διεπιφανειών του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, Θεόδωρος Ματίκας. «Η αειφορία στη σύγχρονη αρχιτεκτονική βασίζεται στη χρήση νέων υλικών» μας λέει ξεχωρίζοντας τρεις κατηγορίες: i) τα ανακυκλωμένα δομικά υλικά που συμβάλλουν στη μείωση του ενεργειακού αποτυπώματος του κτιρίου μειώνοντας την ενσωματωμένη ενέργειας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή των υλικών, ii) τα δομικά υλικά χαμηλής εκπομπής πτητικών οργανικών ενώσεων που αντικαθιστούν υλικά που περιέχουν φορμαλδεΰδη, αρσενικό ή αμίαντο τα οποία σχετίζονται με σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις και ii) τα υλικά που ενισχύουν την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων, όπως για παράδειγμα το διαφανές σκυρόδεμα, οι επιστρώσεις χαμηλής εκπομπής, τα ηλεκτροχρωμικά υλικά και τα υλικά υψηλής θερμικής αντίστασης.
Οι έρευνες για τα ενεργά δομικά υλικά, που περιέχουν μικροοργανισμούς και επιδεικνύουν βιολογικές ιδιότητες, εντατικοποιούνται και οι επιστήμονες καλούνται να δώσουν απαντήσεις σε ένα ευρύ φάσμα ερωτημάτων για τη μείωση του αποτυπώματος του άνθρακα, τη βελτιστοποίηση της χρήσης των πόρων και τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα. «Τα τελευταία χρόνια επανερχόμαστε σε nature based solutions στην αρχιτεκτονική, στην αρχιτεκτονική τοπίου και όχι μόνο: είναι σημαντικό να δούμε ποιους μηχανισμούς έχει αναπτύξει η φύση στα δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξής της για να αντιμετωπίζει αυτά που σήμερα ονομάζουμε περιβαλλοντικά προβλήματα και να μάθουμε από αυτούς.
Στόχος είναι να διατηρήσουμε, να συνεργαστούμε ή ακόμα και να μιμηθούμε τη φυσική πολυπλοκότητα» αναφέρει από την πλευρά του ο αρχιτέκτονας και αρχιτέκτονας τοπίου Θωμάς Δοξιάδης. «Αυτήν την πολυπλοκότητα των σχέσεων μεταξύ των έμβιων όντων και των διαδικασιών που επιτελούν αγγίξαμε στο έργο μας ‘Entangled Kingdoms’ ενώ παράλληλα μελετήσαμε τις κατάλληλες συνθήκες ανάπτυξης μιας ομάδας οργανισμών: των μυκήτων» μας λέει για το έργο του γραφείου του, doxiadis+, το οποίο παρουσιάστηκε πέρυσι στην Μπιενάλε της Βενετίας.
«Στο Entangled Kingdoms δημιουργήσαμε τον πρώτο κήπο του κόσμου που απαρτίζεται από μύκητες (funghi) αναδεικνύοντας τη σημασία της αρμονικής συνύπαρξης των ειδών ως sine qua non προϋπόθεση για την επιβίωση και τη μελλοντική ευημερία του πλανήτη» δηλώνει για το έργο, σημειώνοντας πως οι μύκητες είναι υπεύθυνοι για τον μεταβολισμό και εν συνεχεία για να τραφούν τα κύτταρά μας, άρα χωρίς αυτούς δε θα ζούσαμε. «Υπάρχει ένα δίκτυο αλληλεξάρτησης μεταξύ όλων των οργανισμών, το οποίο σου ανοίγει τα μάτια για το πως πρέπει να αντιμετωπίζεις τον κόσμο.» Πώς συνδέονται όμως όλα αυτά με τις κατασκευές; «Δεδομένου ότι είμαστε στον κόσμο των κατασκευών, δηλαδή είμαστε αυτοί που ασχολούνται με λειτουργικά συστήματα, μελετάμε στα έργα μας τον ρόλο που μπορούν να διαδραματίσουν οι οργανισμοί υπό το πρίσμα αυτό. Τα βιολογικά συστήματα θεωρούμε ότι θα αποτελέσουν ξανά πολύ σημαντικό μέρος στη δημιουργία των υποδομών, των πόλεων και των κτιρίων.»
Πέρα απο την έρευνα: οι προσδοκίες της αγοράς και το αδύναμο scale up
Παρά το γεγονός ότι τα ενεργά δομικά υλικά απασχολούν όλο και περισσότερο τους επιστήμονες και την κατασκευαστική κοινότητα, η θεματική της φετινής Μπιενάλε Αρχιτεκτονικής του Ταλίν είναι «Edible, Or the Architecture of Metabolism», η παρουσία τους στην αγορά είναι ισχνή. «Μια εικοσαετία απαιτείται συνήθως για τη μεταφορά από το εργαστήριο στην εμπορευματοποίηση ενός νέου υλικού» επισημαίνει ο κ. Ματίκας προσθέτοντας πως η ανάπτυξη ενός νέου υλικού μπορεί να σηματοδοτήσει τη γέννηση ή το τέλος μιας ολόκληρης βιομηχανίας.
Σύμφωνα με τον καθηγητή του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, για την επιτυχημένη βιομηχανική παραγωγή ενός υλικού απαιτείται να ξεπεραστούν πολλά εμπόδια: τεχνικά, ρυθμιστικά – νομικά και οικονομικά. «Τα τεχνικά εμπόδια αφορούν στην αποτυχία καθορισμού με σαφήνεια των στόχων που πρέπει να εκπληρώσει το νέο υλικό, οι οποίοι μπορεί να διαφέρουν με βάση το πειραματικό στάδιο και τις ανάγκες της εφαρμογής. Τα ρυθμιστικά – νομικά εμπόδια σχετίζονται με εθνικές πολιτικές, κανονισμούς, ύπαρξη προτύπων, δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας, προστασία του περιβάλλοντος, υγεία και ασφάλεια. Τα οικονομικά εμπόδια σχετίζονται με το κόστος του scale up, το μέγεθος της αγοράς, τους στόχους κέρδους.»
Από την πλευρά του, ο κ. Δοξιάδης, επισημαίνει πως τα βιοϋλικά είναι μια ετερόκλητη ομάδα που παράγονται από διαφορετικούς μικροοργανισμούς και βρίσκονται σε διαφορετικό στάδιο πειραματισμού, ωρίμανσης, εξόδου στην αγορά και χρήσης τους στην κατασκευή.
«Πιστεύουμε πως τα ενεργά δομικά υλικά θα έρθουν να λειτουργήσουν συμπληρωματικά με τα συμβατικά υλικά, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις μπορούν μέχρι και να τα αντικαταστήσουν» δηλώνει υπογραμμίζοντας πως προκειμένου να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή θα πρέπει να βρεθούν βιώσιμοι τρόποι μαζικής παραγωγής με μειωμένο κόστος αλλά και να βελτιστοποιηθούν τα φυσικά χαρακτηριστικά τους κατά περίπτωση,
Ο κ. Δοξιάδης φέρνει το παράδειγμα του βιοτσιμέντου, που παράγεται από βακτήρια και το κόστος του είναι σήμερα διπλάσιο σε σχέση με το κανονικό. «Επίσης, απαιτείται μεγαλύτερος πειραματισμός και έλεγχος προκειμένου το υλικό αυτό να χρησιμοποιηθεί σε κατασκευές όπου η μηχανική αντοχή είναι προαπαιτούμενο και δεν διακυβεύεται» επισημαίνει, διευκρινίζοντας ωστόσο πως το υλικό ήδη χρησιμοποιείται σε δαπεδοστρώσεις και επενδύσεις.
«Από την άλλη», συνεχίζει ο κ. Δοξιάδης, «τα προϊόντα που κατασκευάζονται από το μυκήλιο των μυκήτων χαρακτηρίζονται από υψηλές μονωτικές ιδιότητες, αντοχή στη φωτιά και στο νερό, μεγαλώνουν γρήγορα και έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν συνδέσεις-συσσωματώματα με υψηλή αντοχή με γειτονικά μυκηλιακά προϊόντα, πράγμα που τα καθιστά πολύ χρήσιμα υλικά στην κατασκευή και όχι μόνο».
«Υπάρχουν ήδη εταιρείες όπως η Ecovative Design ή η ΜycoWorks που δραστηριοποιούνται στο πεδίο αυτό και παράγουν αποικοδομήσιμα υλικά που στόχος είναι να αντικαταστήσουν τα προϊόντα με βάση τον πολυεστέρα ή το πετρέλαιο», μας λέει προσθέτοντας πως σε κάθε περίπτωση η παραγωγή βιοϋλικών μειώνει τις εκπομπές CO2. «Όσον αφορά τους μύκητες γίνεται ανακύκλωση γεωργικών αποβλήτων στα υποστρώματα που αναπτύσσεται το μυκήλιο, δραστηριότητα που εντάσσεται στις πρακτικές της κυκλικής οικονομίας.»
Μια επανάσταση στα υλικά;
Παρά το απαραίτητο διάστημα που απαιτεί η έρευνα, τα διαφορετικά στάδια ανάπτυξης και τις δυσκολίες διείσδυσης στην αγορά, τα ενεργά δομικά υλικά φαίνεται πως έχουν μπει στην ατζέντα τόσο των ερευνητών όσο και των κατασκευαστών που αναζητούν καινοτόμες διεξόδους για «πράσινες» κατασκευές. Παρότι δεν μπορούμε να ξέρουμε με σιγουριά αν βρισκόμαστε μπροστά σε λύσεις που θα αλλάξουν τον τρόπο που κατασκευάζουμε τα υποδομές και κτίρια είναι σίγουρο πως οι διεπιστημονικές συνεργασίες διευρύνουν το ερευνητικό πεδίο, οι κατασκευαστές αναζητούν νέες εναλλακτικές λύσεις που θα κάνουν πιο ρευστά τα όρια ανάμεσα στο φυσικό και το τεχνητό περιβάλλον.
ΔΕΝΤΡΑ ΠΟΥ ΠΑΡΑΓΟΥΝ ΦΩΣ ΣΤΟ ΣΚΟΤΑΔΙ
«Η αξιοποίηση της βιοφωταύγειας απασχολεί τα τελευταία χρόνια πλήθος ερευνητών και οργανισμών στον κόσμο» δηλώνει η αρχιτέκτονας Ολυμπία Αρδαβάνη η οποία, στη διδακτορική της διατριβή, μελέτησε το φαινόμενο της βιοφωταύγειας ως στοιχείο εξοικονόμησης ενέργειας και αειφορίας στην αρχιτεκτονική και τους υπαίθριους χώρους της ελληνικής πόλης. Η κα Αρδαβάνη αναφέρει ότι η αντικατάσταση των λαμπτήρων των εξωτερικών χώρων με αντίστοιχους φθορισμού και LED είχε ως αποτέλεσμα τον υπερφωτισμό,που μαζί με την εκπομπή ακτινοβολίας των λαμπτήρων LED σε μικρά μήκη κύματος, «αποτελεί μια σοβαρή απειλή για το οικοσύστημα, επιδρώντας επιβαρυντικά στην υγεία των ζώντων οργανισμών». Παράλληλα «η ολοένα αυξανόμενη ποσότητα αποβλήτων που παράγονται από την επεξεργασία και την κατασκευή εξαρτημάτων των ανωτέρω, καθιστά ιδιαίτερα απαιτητική και ενεργειακά εντατική την ανακύκλωσή τους». Σύμφωνα με τη συνομιλήτριά μας, «για την προώθηση της περιβαλλοντικής βιωσιμότητας, η χρήση τεχνητών πηγών φωτός σε αστικά τοπία μπορεί να μειωθεί ή και να εξαλειφθεί, αξιοποιώντας νέες μεθόδους που εκμεταλλεύονται φυσικά φαινόμενα, όπως αυτό της βιοφωταύγειας μέσω διαγονιδιακών φυτών».
Η ίδια συνάντησε τον όρο «γενετική αρχιτεκτονική» στα μέσα της δεκαετίας του 2010 όταν ολοκλήρωσε τις μεταπτυχιακές της σπουδές στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό. Τότε αποφάσισε να ασχοληθεί με τη δυνατότητα αξιοποίησης της βιοφωταύγειας «για τον φωτισμό των κελυφών και των υπαίθριων αστικών και περιαστικών χώρων στην Ελλάδα, μέσω διαγονιδιακών φωταυγών φυτών, τόσο για ενεργειακή εξοικονόμηση και τον περιορισμό της φωτορύπανσης, όσο και για τη δημιουργία ενός φιλικότερου και ποιοτικότερου περιβάλλοντος για τον άνθρωπο και το οικοσύστημα». Σύμφωνα με όσα υποστήριξε στη διατριβή της, τα βιοφωταυγή φυτά, μπορούν να συμπληρώσουν ή και να υποκαταστήσουν τον τεχνητό φωτισμό σε εξωτερικά περιβάλλοντα, δημιουργώντας μια μεγάλη ευκαιρία για τον περιορισμό της ενεργειακής κατανάλωσης. Πόσο όμως απέχουμε από την υλοποίηση μίας τέτοιας ιδέας; «Μέσα από πειράματα, υπολογισμούς και προσομοιώσεις, εκτιμήθηκε η δυνητικά παραγόμενη φωταύγεια από επιλεγμένα φυτά, κατάλληλα για το ελληνικό αστικό τοπίο και για γενετική τροποποίηση με βιοφωταυγή βακτήρια» λέει υπογραμμίζοντας πως τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι είναι εφικτή η υποκατάσταση του τεχνητού φωτισμού σε αστικούς ή περιαστικούς ανοιχτούς χώρους, σύμφωνα με τις απαιτήσεις των προδιαγραφών φωτισμού.
«Σε σχέση με την εφαρμοσιμότητα αυτής της ιδέας, είναι μάλλον θέμα βούλησης για να ξεκινήσει η παραγωγή και η καλλιέργεια τέτοιων φυτών σε επίπεδο δήμων και όχι τόσο πρόβλημα κόστους, που εξάλλου αναμένεται να αποσβεσθεί από την επιτυγχανόμενη ενεργειακή εξοικονόμηση». Σύμφωνα με την κα Αρδαβάνη το μεγαλύτερο πρόβλημα προς το παρόν είναι οι επιφυλάξεις και τα ερωτήματα που εγείρονται σε σχέση με τις πιθανές συνέπειες από την εισαγωγή τροποποιημένων φυτών στο περιβάλλον και στο τοπικό οικοσύστημα, ερωτήματα που πρέπει να διερευνηθούν και να απαντηθούν.
