Могут ли деревянные здания быть решением проблемы изменения климата?

Деревянные конструкции позволили бы нам извлекать углерод из воздуха и хранить его в наших домах и офисах, что заставляет некоторых думать, что деревянные здания — это будущее архитектуры.

Я стою на кажущейся обычной стройке непримечательного офисного здания в восточном Лондоне. Семиэтажное здание завершено примерно на две трети — основная конструкция и лестницы на месте, с штукатуркой и проводкой только начинается. Но когда я хожу, что-то другое медленно раскрывается. Строительная площадка тихая и чистая — даже хорошо пахнет. И там очень много дерева. Строительные площадки, как правило, используют древесину в качестве формы для заливки бетона. Но здесь дерево — это бетон.

«Поскольку деревянное здание весит 20% бетонного здания, гравитационная нагрузка значительно снижается», — с энтузиазмом отмечает Эндрю Во, архитектор, который показывает мне все вокруг. «Это означает, что нам нужны минимальные фонды, нам не нужно огромное количество бетона в земле. У нас есть деревянный каркас, деревянные стены и деревянные перекрытия — поэтому мы сокращаем количество стали до минимума». Сталь обычно используется для формирования основных внутренних опор или для армирования бетона в большинстве крупных современных зданий. Однако в этом деревянном здании относительно мало стальных профилей. Те, что остаются, скреплены болтами, как набор Meccano, и их легко разобрать в конце (или во время) жизни здания. «Если вы хотите поставить лестницу прямо здесь, — говорит Во, указывая на потолок, — вы откручиваете эту [стальную] балку там, достаете бензопилу и прорезаете отверстие в деревянном полу».

Во всем мире каждый год заливается достаточно бетона, чтобы покрыть всю Англию

Наша зависимость от бетона и стали для строительства всего, от дома до спортивных стадионов, сопряжена с серьезными экологическими издержками. На бетон приходится 4-8% мировых выбросов углекислого газа (CO2). Второе после воды, это наиболее широко используемое вещество на Земле, на которое приходится около 85% всей добычи и связанное с тревожным истощением мировых запасов песка. Во всем мире каждый год заливается достаточно бетона, чтобы покрыть всю Англию.

Поэтому некоторые архитекторы, такие как Во, спорят — и стремятся — вернуть древесину в качестве основного строительного материала. Древесина из управляемого лесного хозяйства фактически накапливает углерод, а не выделяет его: по мере роста деревьев они поглощают CO2 из атмосферы. Как правило, кубический метр древесины содержит около тонны CO2 (более или менее, в зависимости от вида дерева), что аналогично 350 литрам бензина.

Во спроектировал этот 10-этажный проект в Далстоне, Лондон. Конструкция CLT весит всего одну пятую эквивалентного бетонного здания (Фото: Даниэль Ширинг)

Мало того, что древесина удаляет больше CO2 из атмосферы, чем она добавляет посредством производства, но заменяя углеродоемкие материалы, такие как бетон или сталь, она удваивает свой вклад в снижение CO2. В недавнем консультативном отчете для правительства Великобритании об использовании «биомассы в низкоуглеродной экономике» установлено, что «наибольший эффект снижения парниковых газов для биомассы в настоящее время имеют место, когда древесина используется в качестве строительного материала, как для сохранения углерода, так и для вытеснения высокоуглеродистых цемента, кирпича и стали».

От 15% до 28% новых домов, построенных в Великобритании, ежегодно используют деревянное каркасное строительство, в результате чего улавливается более миллиона тонн CO2 в год. В докладе говорится, что увеличение использования древесины в строительстве может утроить это количество. «Экономия аналогичной величины также может быть возможной в коммерческом и промышленном секторах благодаря использованию новых инженерных систем древесины, таких как перекрестно склеенных ламелей».

Перекрестно склеенные ламели, или CLT, являются основным материалом на строительной площадке, которую Эндрю Во показывает мне в восточной части Лондона. Поскольку он описан как «спроектированная древесина», я ожидаю увидеть что-то похожее на ДСП или фанеру. Но CLT выглядит как обычные 3-метровые (10-футовые) деревянные доски толщиной в один дюйм, изобилующие сучками и осколками. Изобретательность состоит в том, что доски сделаны более прочными, за счет склеивания их в три слоя, причем каждый слой перпендикулярен другому. Это означает, что CLT «не изгибается и не прогибается, имеет интегральную силу в двух направлениях», — говорит Во. «[CLT] стена поддерживает пол над ней, с горизонтальной несущей способностью, чтобы выдерживать нагрузку, действуя как длинная перекладина». Это, по его словам, «меняет архитектуру».

Вот уже десять лет, как он строит с CLT, Во верит, что он может достичь всего, что может бетонное и стальное здание, и даже больше. Он был изобретен в 1990-х годах, отчасти в ответ на «смерть мебельной и бумажной промышленности», говорит Во. «Шестьдесят процентов Австрии — это леса, и им нужно было найти новую торговую точку. Итак, они придумали перекрестно клееные ламели».

В кубическом метре древесины содержится около тонны CO2, что аналогично 350 литрам бензина (Фото: Alamy)

Другие древесные материалы, такие как фанера и МДФ, содержат около 10% клеящего вещества (клея), часто мочевино-формальдегидного, который может выделять опасные химические вещества при переработке или сжигании. CLT, однако, содержит менее 1% адгезива (клеящего вещества) и обычно использует полиуретан на биологической основе. Доски соединяются вместе под воздействием тепла и давления, чтобы сплавить небольшое количество клея, используя влагу древесины. Если посмотреть, понюхать и потрогать, это такое же чистое дерево, как детский домик на дереве — сучки и все.

Многие заводы CLT в Австрии даже работают на возобновляемой биомассе с использованием обрезков, веток и хвороста. Некоторые заводы производят достаточно электричества, чтобы питать окружающие общины.

Несмотря на то, что CLT был изобретен в Австрии, лондонская архитектурная практика Waugh, Waugh Thistleton, первой использовала его для строительства многоэтажного здания. Murray Grove, обыкновенный девятиэтажный жилой дом с серой облицовкой, вызвал «шок и ужас в Австрии» во время строительства в 2009 году, говорит Во. CLT когда-либо использовался только для «хороших и простых двухэтажных домов», тогда как все, что выше, строилось и бетона и стали. Но для Murray Grove вся конструкция над плитой первого этажа состоит из панелей CLT со всеми стенами, плитами пола и лифтовыми сердечниками, выполненными из дерева, как сотовый блок.

С тех пор проект вдохновил сотни архитекторов на строительство высотных зданий с помощью CLT: от 55-метрового здания Brock Commons Tallwood House в Ванкувере, Канада, до 84-метровой 24-этажной башни HoHo, которая в настоящее время строится в Вене, Австрия.

С 2001 года леса Канады выбрасывают больше CO2, чем поглощают

В последнее время прозвучали призывы к колоссальной посадке деревьев для улавливания CO2 и сдерживания изменения климата. Хотя молодые деревья являются действенными и эффективными поглотителями углерода, однако это не так для зрелых деревьев. Земля поддерживает сбалансированный углеродный цикл — деревья (наряду со всеми другими растениями и животными) растут с использованием углерода, падают и умирают, а затем снова высвобождают этот углерод. Этот баланс был нарушен, когда люди обнаружили древние запасы углерода в виде угля и нефти, которые были законсервированы во время предыдущих углеродных циклов, и начали сжигать их, выпуская полученный CO2 в нашу атмосферу намного быстрее, чем текущий цикл может его задержать.

В то время как молодые деревья поглощают углекислый газ, старые растения выделяют больше, чем поглощают (Фото: Alamy)

Многим хвойным деревьям в управляемых лесах, таких как европейская ель, требуется около 80 лет, чтобы достичь зрелости, поскольку они являются чистыми поглотителями углерода в эти годы роста, но как только они достигают зрелости, они выделяют примерно столько же углерода в результате разложения иголок и упавших веток, сколько они поглощают. Как и в Австрии в 1990-х годах, резкий спад на бумагу и древесину привел к тому, что огромные территории управляемых лесов во всем мире перестали эффективно использоваться. Вместо того, чтобы возвращаться в первоначальное состояние, эти однолетние растения покрывают земляной покров леса кислыми сосновыми иголками и мертвыми ветвями. Например, в больших лесах Канады с 2001 года выделяется больше углерода, чем они поглощают, благодаря тому, что зрелые деревья больше не вырубаются.

Возможно, лучшая форма поглощения углерода — это рубить деревья: восстанавливать наши устойчивые, управляемые леса и использовать полученную древесину в качестве строительного материала. Управляемые леса, сертифицированные Лесным попечительским советом (FSC), обычно сажают от двух до трех деревьев на каждое вырубленное дерево — это означает, что чем больше потребность в древесине, тем больше будет рост как в лесном покрове, так и в молодых деревьях, удерживающих CO2.

Оберегать и защищать девственные леса очень важно. Но неуправляемые монокропы никому не помогают, и почвенные покровы, полные сухих сосновых иголок, также являются основной причиной лесных пожаров — то, что Северная Америка и многие регионы мира ежегодно испытывают на постоянной основе. Управляемая заготовка леса значительно снижает этот риск.

Эти преимущества не были потеряны для властей США. Мелисса Дженкинс из Федеральной службы лесного хозяйства США объяснила на недавнем заседании Института экологических и энергетических исследований (EESI), что «у нас ситуация с перезрелыми лесами: если дует сильный лесной пожар, эти пожары горят горячее, они горят быстрее» и они требуют гораздо больше усилий, чтобы потушить … Если мы сможем построить рынки для продукции из этой древесины, землевладельцы будут более склонны к устойчивому управлению или устойчивому истощению своих земель». Она подчеркивает, что CLT, в частности, обладает потенциалом для снижения «риска лесных пожаров [и] поддержки сельского экономического развития и создания рабочих мест».

Неуправляемые леса подвержены большему риску лесных пожаров (Фото: Алами)

Рынок, кажется, к этому готов. Менее чем через пять лет после прибытия на берега США, в настоящее время проекты CLT реализуются почти во всех континентальных штатах США. Что еще более важно, в отличие от Великобритании — которая в настоящее время импортирует все свои CLT — США инвестируют в производство CLT на внутреннем рынке с заводами в Монтане и Орегоне, а также планируют больше в Мэн, Юта, Иллинойс, Техас, штат Вашингтон, Алабама и Арканзас. Новое здание Amazon «tech-hub» в Миннеаполисе изготовлено из перекрестно ламинированной древесины (например, CLT, но с использованием гвоздей, а не клея). Закон об инновациях в лесоматериалах 2018 года также включает положения о научных исследованиях и разработках в области массового производства древесины.

Конструкции с использованием деревянных материалов также, как правило, быстрее и легче построить, что снижает затраты на рабочую силу, транспортировку, топливо и использование энергии на месте. Элисон Ринг, директор инфраструктурной компании Aecom, ссылается на жилой квартал CLT, состоящий из примерно 200 квартир, «который строился всего за 16 недель … в то время как если бы это делалось традиционно с бетонным каркасом, это заняло бы не менее 26 недель». «Точно так же, говорит Во, недавнее здание CLT площадью 16 000 квадратных метров, над которым он работал, «потребовалось бы около 1000 поставок цементовозов только для каркаса. Для доставки всего CLT нам потребовалось всего 92 доставки».

Другие страны тоже обращаются к древесине. Моника Лебеничник, инженер по продажам австрийско-словенской фирмы Ledinek Engineering, которая производит прессы для заводов CLT, прислала мне свой лист заказов еще в 2013 году. Он начинается с небольшого числа заказов из Австрии и Скандинавии. Но, начиная с 2017 года, наблюдается неожиданный рост в Японии, Франции, Австралии, Латвии и Канаде. «Годовая мощность таких линий составляет от 25 000 до 50 000 кубометров [CLT]», — объясняет Лебеничник. Данные показывают, что 1000 кубических метров CLT равняется примерно 500 заготовленным деревьям; поэтому заводы, перерабатывающие 50 000 кубометров, задерживают секвестрированный углерод в 25 000 деревьев в год.

Есть даже преимущества, которые делают материал особенно привлекательным для таких стран, как Япония, поскольку было обнаружено, что он хорошо работает при испытаниях на землетрясение. Совместная итальянско-японская исследовательская группа построила 7-этажное здание CLT и проверила его на «столе для встряхивания» (классное, но жуткое видео об этом есть на Youtube). Они обнаружили, что он может выдержать сотрясение на уровне землетрясения 1995 года в Кобе, Япония, которое разрушило более 50 000 зданий. По счастливой случайности, говорит Вау, «американцы посадили много деревьев в Японии в рамках плана Маршалла — это было более 60 лет назад, и сейчас они достигают зрелости».

Противоположным образом CLT также хорошо работает при пожарах. Он спроектирован так, чтобы выдерживать нагрев до 270 ° С до того, как он начнет обугливаться — обугливание снаружи действует как защитный слой для структурной плотности древесины за ним. Напротив, при одинаковых температурах бетон может расслаиваться и растрескиваться, а сталь теряет свою прочность.

Однако не все считают, что будущее за CLT. Когда я спрашиваю Криса Чизмана, профессора по разработке материалов в Имперском колледже Лондона, может ли дерево узурпировать бетон в качестве основного строительного материала, его ответ однозначный. «Нет. Этого не произойдет. Это может произойти локально с некоторыми небольшими вариантами. Но вы должны оценить массовое использование бетона и огромное значение бетона для инфраструктуры и общества. Это исключительно хороший материал благодаря своей функциональности и прочности».

Конструкции из CLT возводятся гораздо быстрее, чем бетонные (Фото: Alamy)

Существует также вопрос «конца жизни». Углерод остается в ловушке в лесу до тех пор, пока здание остается стоящим или используется в другом здании — если оно гниет или сжигается для получения энергии, тогда весь накопленный углерод высвобождается. Даг Кинг, дипломированный инженер и консультант по вопросам устойчивости зданий, говорит мне: «Если мы не займемся утилизацией древесных материалов в конце их срока службы, нет никакой гарантии, что весь цикл принесет пользу обществу». Предыдущие исследования Arup в 2014 году показали, что половина всей строительной древесины попадает на свалку, 36% перерабатывается, а оставшиеся 14% сжигаются для получения энергии биомассы.

Несмотря на эти проблемы, Во остается амбициозным. Средний срок службы здания составляет 50-60 лет, что, по его мнению, более чем достаточно времени для архитекторов и инженеров для решения вопросов повторного использования и переработки. Превращение его в биоуголь может быть одной из возможностей. Здания Во созданы так, чтобы их было легко разобрать для повторного использования будущими поколениями.

По сути, он — вместе с растущей группой международных архитекторов — убежден, что массовое внедрение CLT является важным оружием в борьбе с изменением климата. «Это не причуда или мода», — говорит он мне, когда мы заканчиваем экскурсию по его восточному лондонскому зданию, и я в последний раз несообразно дышу лесным воздухом. «Крупнейший коммерческий застройщик в Великобритании только что купил это здание. Для меня это то, где вы хотите быть … Я хочу, чтобы это было мейнстримом. Все должны строить с этим материалом.

Я возвращаюсь к своему первоначальному вопросу: можем ли мы реально вернуться к древесине в качестве основного строительного материала? «Это не только реалистично, но и обязательно», — утверждает Во. «Это должно произойти. В архитектуре вы всегда возвращаетесь к эскизу: эскиз — это изменение климата».

Справка

Тим Смедли — отмеченный наградами журналист в области экологии и устойчивого развития. После десяти лет в Лондоне — сначала в качестве делового журналиста, а затем в качестве писателя-фрилансера, освещающего окружающую среду, — он уехал в 2014 году, спасаясь от загрязненных улиц в Оксфордшир, где он сейчас находится. Сначала загрязнение воздуха было еще одной экологической историей. Но загрязнение воздуха, казалось, проникало под его кожу и в его вены — буквально, как оказалось, — и чем больше он исследовал, тем больше он беспокоился. Никогда прежде экологическая история не была так близка к дому, как эта.

Тим написал для «Файнэншл таймс», «Гардиан», «Санди таймс», «Новый ученый» и совсем недавно «Би-би-си». Очистка Воздуха — его первая книга.
У него есть своя страничка в интернете