Imaginați-vă că locuiți într-o casă făcută din piele de ananas și mango, unde parfumul v-ar întâmpina când intrați și ieșiți din casă. Și imaginați-vă că materialele utilizate pentru construirea casei dvs. provin din deșeurile zilnice și nu au contribuit la creșterea emisiilor de carbon. Mai mult decât atât, materialele nu vor ajunge într-o groapă de gunoi sau incinerator dacă casa ar fi dărâmată.
Acesta este viitorul pe care Laia Mogas-Soldevila, profesor asistent de arhitectură la Universitatea din Pennsylvania, și asistentul ei de cercetare Yasaman Amirzehni nu doar visează, ci lucrează să-l construiască la DumoLab de la Weitzman School of Design.
„Revoluția biomaterialelor vine și toți trebuie să fim pregătiți pentru a putea livra materiale care sunt mai sănătoase, care se pot biodegrada în mod natural și apoi funcționează în același mod în care funcționează betonul, la fel cum funcționează ceramica tehnică”, a spus Mogas-Soldevila.
Această „revoluție a biomaterialelor” începe în campusul de la cantina Hill House, unde în fiecare săptămână lucrătorii angajați de catering Penn Dining Bon Appétit toacă între 35 și 40 de cutii de ananas pentru studenții care stau la coadă la un bar de salate de fructe.
„Conlucrarea cu DumoLabs pentru a lua cojile de fructe și a le transforma în blocuri sustenabile este ceva de care suntem foarte încântați”, a declarat Shazad Khan, director culinar pentru Bon Appétit la Penn. „A avea proprietăți antioxidante naturale din ananas care pot intra în blocuri care ajută la menținerea lor fără mucegai, de exemplu, sau proprietățile naturale de izolare ale cojilor de pepene galben care pot intra în aceste cărămizi pentru a ajuta la crearea căldurii, este ceva de care suntem foarte încântați.”
Khan a spus că 92% din deșeurile alimentare ale Penn Dining sunt compostate. Dar, în loc să intre în coșul de compost, designerul de arhitectură Amirzehni colectează cojile de ananas în fiecare săptămână și le duce înapoi la laborator pentru a se usca într-un deshidratator.
Amirzehni colectează și părțile necomestibile ale roșiilor, vinetelor și floarea soarelui de la Ferma Penn. Situati la marginea de sud-est a campusului, sub nivelul străzii și încadrați între șinele de cale ferată Amtrak și CSX, studenții fermieri își usucă deșeurile sub podul South Street înainte de a le preda DumoLab.
Laboratorul este plin de găleți de fructe uscate și coji de legume.
Amirzehni trage în jos o găleată plină cu flori de la planta de sorg și țelină uscată, aruncată.
„Țelina miroase minunat, este foarte puternică”, a spus Amirzehni.
Amirhzehni colectează, de asemenea, coji de mango de la vânzătorii ambulanți și coji de ouă de la o companie farmaceutică. Odată ce sunt complet uscate, ea le macină împreună într-o pulbere fină. Cojile de ou vor adauga putere amestecului de fibre vegetale. Ei aduc coji de creveți din industria pescuitului pentru a le transforma într-un liant gelatinos care este combinat cu resturile de mâncare sub formă de pulbere.
Păstrarea resturilor alimentare și a deșeurilor de construcții în afara gropii de gunoi
În Philadelphia, deșeurile alimentare reprezintă aproximativ 17% din fluxul total de deșeuri al orașului, ceea ce înseamnă că ajung într-o groapă de gunoi sau într-un incinerator.
Dar la DumoLab, cercetătorii urmăresc să rezolve mai multe probleme simultan: cum să țină deșeurile alimentare departe de gropile de gunoi și incineratoare, cum să producă materiale de construcție mai sănătoase și cum să abordăm schimbările climatice.
Totul face parte din ceea ce este cunoscut sub numele de „economia circulară”, care nu se referă doar la reciclare – este vorba despre proiectarea de produse atractive și funcționale care refolosesc și recondiționează materialele și păstrează cât mai multe lucruri posibil în afara fluxului de deșeuri. Este să ne uităm la ceea ce considerăm acum deșeuri și, în schimb, să vedem o resursă valoroasă.
Aproximativ 61 de milioane de tone de materiale de construcție și demolare, cum ar fi betonul și asfaltul, au fost trimise la gropile de gunoi și incineratoare din Pennsylvania în 2025 – aproximativ 7,6% din totalul deșeurilor colectate.
Industria construcțiilor consumă, de asemenea, aproximativ 32% din energia globală și reprezintă 34% din emisiile de dioxid de carbon la nivel mondial, potrivit Națiunilor Unite. Betonul, oțelul, aluminiul și materialele plastice sunt responsabile pentru o mare cantitate de gaze cu efect de seră, în primul rând pentru că este nevoie de multă energie din combustibili fosili pentru a le produce.
Dar la DumoLab măcinarea este principala sursă de utilizare a energiei. Compozitul rezultat nu trebuie să fie ars sau întărit și merge direct într-o matriță sau o imprimantă 3D.
„Apoi ultima parte a procesului este să acoperiți acest lucru cu ceară naturală sau uleiuri naturale”, a spus Mogas-Soldevila.
Mogas-Soldevila și Amirzheni arată plăcile finalizate care continuă să miroasă a ananas.
De ce materialele de construcție sunt atât de nesănătoase
Pe lângă emisiile climatice, materialele moderne de construcție au un impact mai larg asupra mediului.
„De asemenea, sunt responsabili pentru emisiile toxice”, a spus Alison Mears, co-fondatoare a Healthy Materials Lab de la New School’s Parson’s School of Design din New York.
Mears a spus că după al Doilea Război Mondial a avut loc o explozie de construcții noi și inovații în substanțele chimice sintetice care erau compuse din produse secundare ale industriei combustibililor fosili.
„Petrochimicele sunt ieftine și abundente și au o gamă uimitoare de atribute care le fac extraordinare în ceea ce privește ceea ce poți face cu ele”, a spus Mears. „Deci a fost un fel de lume nouă și curajoasă pentru chimiști.”
Mears a spus că niciunul dintre materialele noastre de construcție, spre deosebire de alimente sau produse farmaceutice, nu este reglementat. Dar ea a spus că testele de sânge dezvăluie microplastice și substanțe chimice PFAS toxice, la care oamenii pot fi expuși petrecând timpul în interior.
„Așadar, oriunde te-ai afla acum, dacă te uiți în jur și te uiți la podea, și te uiți la pereți, te uiți la mobilierul pe care stai”, a spus ea, „poate avea o podea din lemn, care poate avea un finisaj, poți avea o podea de vinil care nu are finisaj, dar este practic o podea din plastic. Este posibil să ai un covor alcătuit dintr-o combinație diferită de fibre chimice. care vă înconjoară aveți un profil petrochimic.”
Mears a spus că arhitecții și designerii au devenit mai conștienți de potențialele impacturi asupra sănătății ale acestor materiale în ultimul deceniu, deoarece ele nu sunt inerte, ci duc la eliberarea de gaze și lasă particule mai mici care pot fi absorbite prin piele sau prin respirație și sunt legate de o serie de efecte asupra sănătății.
Dar cercetătorii de la DumoLab au spus că niciunul dintre materialele lor de construcție experimentale nu ar fi toxice.
„Și când ploaia se spală de pe aceste materiale, ea (trimite) nutrienți în loc de substanțe chimice urâte în pământ”, a adăugat Mogas-Soldevila.
Comparativ cu materialele tradiționale
În acest moment, echipa experimentează și testează aceste materiale naturale în raport cu standardele arhitecturale și de inginerie pentru a vedea dacă durabilitatea și rezistența lor pot face față unor materiale mai comune, cum ar fi betonul.
„De aceea ne dorim cât mai multe deșeuri posibil, deoarece diferitele plante sunt mai poroase, mai fibroase, mai flexibile, mai bune la compresie”, a spus ea.
Multe dintre aceste materiale naturale sunt deja folosite în biomedicină. Dar în acele aplicații ele trebuie să fie moi și moale pentru a ne asigura că corpul nostru le absoarbe, a spus Mogas-Soldevila. Materialele de construcție, totuși, trebuie să fie dure și să aibă un anumit grad de flexibilitate.
În timp ce laboratorul se află în clădirea de arte plastice a lui Penn, munca este interdisciplinară – îmbinând inginerie, chimie, fizică, biologie și design de rezolvare a problemelor în ceea ce ei văd ca viitorul clădirilor.
Mogas-Soldevila arată cu mândrie un alt experiment, un arc făcut din coji de creveți, nisip și fibre de in. Acest model, pe care ea îl numește cochilie deoarece poate acționa ca o incintă, are aproximativ 4 picioare înălțime în partea de sus și 6 picioare de la fiecare capăt.
„Are o jumătate de centimetru grosime, dar este la fel de puternică ca o carcasă de beton mai groasă și foarte subțire, și de aceea am fost entuziasmați”, a spus Mogas-Soldevila. „Desigur, este calculat a fi atât de subțire. Așa că urmează multă optimizare structurală pentru că încercăm să folosim materiale benigne, dar și cea mai mică cantitate dintre ele.”
Cheia, a spus ea, este să descoperi cum să facă aceste materiale care nu se bazează pe combustibili fosili puternice și subțiri, fără a fi fragile.
„Imaginați-vă că faceți o cască din fibră de sticlă epoxidică”, a spus ea. „Pentru a face o cască din coajă de creveți, trebuie să o faci mai groasă, dar te va proteja la fel ca și cea din fibră de carbon.”
În timp ce o cască subțire din fibră de carbon și o cască mai voluminoasă din fibră naturală pot avea același nivel de siguranță, una va ajunge într-o groapă de gunoi, în timp ce cealaltă s-ar putea descompune în mod natural.
Mogas-Soldevila a spus că este inevitabil ca viitorul clădirilor să fie făcut din deșeuri renovate, în parte din cauza a ceea ce este cunoscut sub numele de „sfârșitul vieții”.
„Sfârșitul vieții este foarte problematic”, a spus ea. „Nu putem separa betonul de armătura la sfârșitul vieții. Aici bara noastră este fibră. Și de aceea ne putem îndoi. Așa putem face o grindă din creveți și paie. Pentru că avem un pai care se pricepe foarte bine la îndoit și avem coji de creveți care sunt foarte buni la legarea paielor de el însuși. Deci, acum avem un material comprimat și îndoit.”
În acest moment, experimente ca acestea sunt în stadii foarte incipiente. Producătorii vor investi în aceste tipuri de materiale biodegradabile doar dacă trebuie să plătească pentru eliminarea propriilor deșeuri, a spus Michael Grant, director de comunicații la Penn’s Weitzman School of Design.
„La un moment dat, dezvoltatorii vor fi trași la răspundere pentru ciclurile de viață, pentru deșeurile (lor)”, a spus Grant. „Dar până când nu există o răspundere financiară pentru deșeuri, nu va exista niciodată suficient stimulent pentru a investi suficient în biomateriale.”
Grant a spus că este încrezător că ziua aceea va veni.
„Se va întâmpla pe măsură ce gropile de gunoi se vor umple, iar orașele nu își vor mai permite să ardă deșeuri”, a spus el.
Întrebarea este: pot fi extinse aceste produse?
Mears a spus că vede un viitor în deșeurile agricole, lucruri precum paiele, pentru că sunt atât de răspândite.
„Acolo se întâmplă o parte din această dezvoltare cu adevărat interesantă a produselor de construcție, folosind acest tip de material”, a spus Mears. „Puteți începe să vedeți amploarea și adoptarea utilizării produselor care sunt fabricate din acele tipuri de ceea ce am fi putut numi produse reziduale, dar acum sunt resurse.”
Mears spune chiar acum că există multe laboratoare academice care lucrează la produse similare, dar sunt și în faze inițiale.
„Cred că unele locuri încep să se gândească la cum se extind, chiar dacă este la o scară rezidențială, care este la scară foarte mică, dar aceasta este speranța”, a spus ea.
„Viitorul acela vine”, a spus Mogas-Soldevila. „Avem deja carcasă de baloti de paie care au fost aduse în epoca modernă. Cu toții ne uităm la acoperișurile daneze din alge și cum le putem moderniza. Deci, se apropie.”
Mogas-Soldevila a spus că nu este nevoie să inventăm ceva nou pentru a rezolva multe dintre problemele noastre climatice și de mediu, deoarece răspunsurile se află în jurul nostru în natură. Ea este concentrată să se uite la risipa noastră alimentară pentru a construi viitorul.
