Vật liệu xây dựng từ gai dầu góp vai trò quan trọng trong đổi mới môi trường

Theo Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), lĩnh vực xây dựng thông thường chiếm đến 30% tổng lượng thải khí nhà kính hàng năm trên toàn cầu. Nếu không được kiểm soát, lượng khí thải đó sẽ tăng gấp đôi trong 20 năm tới. Cây gai dầu có thể giúp ích cho điều này.

Các dự án xây dựng dựa trên cây gai dầu, cả khu dân cư và thương mại, đã có thể được tìm thấy trên toàn cầu, bao gồm cả ở các bang Hoa Kỳ. Mặc dù chi phí nguyên liệu làm từ cây gai dầu tương đối cao, điều này chỉ là do số lượng nhà cung cấp hạn chế và phải vận chuyển nguyên liệu với quãng đường dài.

Không gian sống trong lành hơn

Vật liệu xây dựng cây gai dầu, được làm từ thân cây gai đang được chấp nhận chủ yếu vì chúng tạo ra không gian sống trong lành hơn. Theo Hội đồng Công trình Xanh Hoa Kỳ (USGBC), cây gai dầu là một loại nguyên liệu thô không độc hại, mang lại một số đặc tính độc đáo cho một loạt các ứng dụng xây dựng.

Thân cây gai dầu cung cấp hai sản phẩm phụ quan trọng cho ngành xây dựng. Lớp vỏ da chắc chắn ở ngoài hay còn gọi là sợi bast, cung cấp một giải pháp thay thế bền vững và cạnh tranh về chi phí cho sợi thủy tinh làm vật liệu cách nhiệt. Vật liệu cách nhiệt bằng sợi gai dầu tạo ra một khối kín khí với sự thất thoát nhiệt tối thiểu và sẽ không bị nấm mốc. Việc sử dụng lớp cách nhiệt này cho phép bất kỳ cấu trúc nào tự động đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế LEED về hiệu quả năng lượng. Sợi cách nhiệt làm từ sợi gai dầu cũng có khả năng cách âm tuyệt vời và khả năng chống cháy cấp độ cao.

Lõi dày bên trong của thân cây (hurd, shivs hoặc shives) gai dầu được cắt nhỏ và trộn với vôi và nước để tạo ra bê tông gai dầu (hempcrete), tạo nên những bức tường bê tông gai dầu tuyệt vời. Và các giải pháp cho cả vật liệu xây dựng bằng sợi gai dầu chịu lực và không chịu lực đã có trên thị trường.

Tiết kiệm năng lượng

Các kết cấu được xây dựng từ bê tông gai dầu có hiệu quả năng lượng cao do độ dẫn nhiệt thấp và giá trị cách nhiệt cao. Thử nghiệm đã chỉ ra rằng một ngôi nhà bằng bê tông tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 80% so với một ngôi nhà thông thường trong việc kiểm soát nhiệt độ và mang lại lượng “giảm” khí CO2 hàng năm lên đến khoảng 8.000 kg. Đáng kể, vật liệu cách nhiệt và thành phẩm làm từ sợi gai dầu luôn tiết kiệm năng lượng trong suốt thời gian lắp đặt. Nhưng nó có tuổi thọ bao lâu? Ở thành phố Nagano, Nhật Bản, có một di sản quốc gia tôn vinh một ngôi nhà làm từ sợi gai dầu được xây dựng vào năm 1698 – nghĩa là hơn 300 năm trước. Đến nay nó vẫn đứng vững!

Mặc dù chi phí xây dựng bằng bê tông gai dầu có thể cao hơn 10% so với các cấu trúc nhà ở bằng gỗ truyền thống được bao phủ bên trong, nhưng chi phí năng lượng thấp hơn đã bù đắp phần lớn sự khác biệt. Xây dựng bằng bê tông gai dầu đã có giá cạnh tranh trực tiếp với kết cấu gạch veneer. Và vật liệu sợi gai dầu mang lại những lợi ích bổ sung là giảm chi phí sưởi ấm và điều hòa không khí cũng như thông gió tốt hơn trong toàn bộ cấu trúc khép kín. Có lẽ điều quan trọng nhất là, vật liệu xây dựng bằng sợi gai dầu tạo ra một không gian sống trong lành, thoải mái hơn.

Giá sợi hurd từ cây gai dầu dự kiến ​​sẽ giảm khi các sáng kiến ​​chế biến thân cây bắt đầu được triển khai nhằm cung cấp các sản phẩm sợi gai dầu chất lượng hơn cho thị trường.

Cô lập các-bon

Được coi là vật liệu xây dựng tiết kiệm năng lượng nhất trên thị trường hiện nay, bê tông gai dầu cũng là một công cụ hấp thụ các-bon tuyệt vời.

Hỗ trợ chuỗi sản xuất vật liệu xây dựng, trồng cây gai dầu giúp giải quyết các vấn đề nghiêm trọng. Điều này đã được chỉ ra bởi Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu của Liên Hợp Quốc, họ đã khuyến nghị nông dân tập trung vào việc phục hồi đất bị canh tác quá mức và bị mòn cách dễ nhất để giảm lượng khí thải các-bon toàn cầu. Đất là một phương tiện lưu trữ các-bon mạnh mẽ, có liên quan và chứa nhiều các-bon hơn cả khí quyển và tất cả cây xanh cộng lại. Ủy ban khuyên rằng cây gai dầu thực sự làm tăng và xác định lại khả năng tự nhiên của đất trong việc hấp thụ “thặng dư” các-bon.

Cải thiện đất

Trồng cây gai dầu giúp cải thiện môi trường đất mà nó được trồng lên. Rễ cây sẽ đi sâu vào lòng đất và hút các chất độc, cũng như hấp thụ CO2 từ không khí vào ngay thân cây nơi nó được trồng và lưu trữ trong vách tế bào vĩnh viễn. Một cây gai dầu công nghiệp được trồng trên một héc-ta hàng năm có thể hấp thụ 10 tấn CO2 từ khí quyển và cô lập 4,2 tấn CO2.

Cây gai dầu là công cụ hấp thụ các-bon lớn nhất của tự nhiên. Và sợi của nó cung cấp các đặc tính độc đáo – những đặc tính đáng kể, khiến nó trở nên vô giá trong nỗ lự nhằm kiểm soát biến đổi khí hậu đang diễn ra trên toàn cầu. Cây gai dầu và công trình xây dựng bằng cây gai dầu cuối cùng đã có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc đảo ngược sự tích tụ CO2 ngày càng tăng. Và là vấn đề hiện đang đe dọa nhân loại và toàn bộ trái đất.

Tác giả: Robert Ziner, CIHC, Canada
Nguồn: Hemp Today | Hemp building materials have big role to play in environmental renewal
Dịch giả: Sadie Pices

Bê tông gai dầu: Từ những cây cầu La Mã đến vật liệu xây dựng tiềm năng cho tương lai 

Rất nhiều thành kiến và mâu thuẫn xoay quanh lịch sử của cây gai dầu trên toàn thế giới. Người ta ước tính rằng cây gai dầu là một trong những loại cây đầu tiên được nhân loại trồng trọt. Các nhà khảo cổ đã tìm thấy tàn tích của vải gai dầu từ vùng Lưỡng Hà cổ đại (nay là Iran và Iraq) có niên đại 8.000 năm trước Công nguyên [1]. Cũng có những ghi chép tương tự ở Trung Quốc ghi lại việc tiêu thụ hạt và dầu cây gai dầu, có niên đại từ 6 đến 4 nghìn năm trước Công nguyên. Khi đến Châu Âu, mục đích sử dụng chính của nó là sản xuất dây thừng và vải trên tàu: ngay cả buồm và dây thừng trên tàu của nhà thám hiểm Christopher Columbus cũng được làm bằng vật liệu này. Tương tự như vậy, những cuốn sách đầu tiên sau khi Gutenberg phát minh ra máy in [2] và nhiều bức tranh của họa sĩ Rembrandt hay họa sĩ Van Gogh cũng được làm bằng cây gai dầu.

Việc sử dụng cây gai dầu trong xây dựng dân dụng cũng không phải là điều gì mới lạ. Vữa làm từ cây gai dầu được phát hiện trên cột của những cây cầu do người Merovingian xây dựng vào thế kỷ thứ 6, ở vùng đất ngày nay là Pháp. Và điều rất nổi tiếng là người La Mã đã sử dụng sợi gai dầu để gia cố vữa trong các tòa nhà của họ. Ngày nay, mặc dù có những rào cản pháp lý ở nhiều quốc gia, việc sử dụng cây gai dầu làm vật liệu xây dựng đã có những kết quả đáng khích lệ đi kèm với nghiên cứu chứng minh chất lượng cách âm, cách nhiệt và chất lượng bền vững mà nó mang lại. Cây gai dầu có thể được tạo hình thành các tấm sợi xơ, tấm phủ, tấm vải, và thậm chí là gạch.

Photo: Cortesia de BC architects

Điều quan trọng là phải bắt đầu bằng cách chỉ ra rằng mặc dù cây gai dầu và cần sa thuộc cùng một loài (cannabis sativa), chúng là những phân loại độc lập, với các đặc điểm khác nhau. Cần sa có tỷ lệ phần trăm THC (tetrahydrocannabinol) cao hơn – lên đến 20%, THC là chất tác động thần kinh chính trong cây cần sa và nằm chủ yếu trong hoa của cây. Nhưng ngược lại, cây gai dầu công nghiệp được trồng để lấy hạt, sợi và thân cây và nó chỉ chứa khoảng 0,3% THC – không đủ để ảnh hưởng đến bất kỳ ai.

Cây gai dầu cần ít nước để phát triển và do đó không cần hệ thống tưới, cây gai dầu phát triển nhanh hơn một cái cây bình thường khoảng 50 lần. Sau khi thu hoạch và cắt, cây gai dầu sau đó sẽ được phơi khô trong vài ngày trước khi được thu thập và đổ vào thùng chứa nước để làm trương nở thân cây. Khi khô, các sợi có thể được sử dụng trong số các ứng dụng khác như; để sản xuất giấy, vải, dây thừng, bao bì phân hủy sinh học, nhiên liệu sinh học và vật liệu xây dựng. Trong trường hợp thứ hai, vật liệu từ cây gai dầu có thể được sử dụng như một chất cách nhiệt, giống như bông thủy tinh hoặc đá, hoặc như bê tông gai dầu, thường được gọi là hempcrete. Để tạo ra bê tông gai dầu, máy trộn bê tông sẽ trộn cây gai dầu, bột đá vôi và nước cho tới khi hỗn hợp đặc sệt. Thông qua các phản ứng hóa học giữa các thành phần, hỗn hợp trên sẽ hóa đá và trở thành một khối nhẹ nhưng khá bền. Để làm tường, hỗn hợp từ gai dầu có thể được đúc dưới dạng khối, nghiền thành bột hoặc đổ theo hình dạng tuyến tính bằng cách sử dụng các phương pháp tương tự như xây tường bùn.

©Photo: Thomas Noceto
©Photo: Thomas Noceto

Tính sáng tạo của bê tông gai dầu làm cho vật liệu xây dựng và chức năng của nó hoạt động như một vật liệu đa năng. Nó hoàn toàn có thể thay thế cốt liệu khoáng chất trong bê tông thông thường, và trong lịch sử, nó đã được thêm vào bê tông và vữa để tránh hiện tượng co ngót trong thạch cao hoặc gạch đất nung [3]. Khi rắn lại, nó giữ lại một lượng lớn không khí, với tỷ trọng tương đương 15% bê tông truyền thống. Chính điều đó đã làm cho nó trở thành một chất cách nhiệt và cách âm tuyệt vời. Một đặc điểm thú vị của vật liệu này nữa là nó vừa là chất cách nhiệt tốt, vừa có quán tính nhiệt cao [4]. Tức là, mặc dù nhẹ và xốp, bê tông gai dầu có thể nhanh chóng tích trữ năng lượng và giải phóng nó dần dần, tạo hiệu quả cho các vùng khí hậu có sự thay đổi nhiệt độ cao giữa ngày và đêm. Nó cũng có khả năng chống cháy tốt, không độc hại, có khả năng chống nấm mốc và côn trùng tự nhiên. Thậm chí, có những cuộc khảo sát chỉ ra rằng bê tông gai dầu là một vật liệu âm carbon, ngoài việc bù đắp lượng carbon thải ra trong quá trình sản xuất, bê tông gai dầu còn hoạt động bằng cách lưu trữ thêm carbon trong vật liệu.

©Photo: Oskar Proctor

Để đạt được những đặc tính cách âm và cách nhiệt này, vật liệu cần phải “thở” – tức là tương tác với cả môi trường bên trong và bên ngoài, cho phép bê tông gai dầu hấp thụ và phân tán hơi nước (độ ẩm) và làm dịu sự dao động nhiệt độ. Tường bê tông thậm chí có thể nhận được lớp phủ miễn là chúng cho phép những trao đổi này diễn ra.

Tuy nhiên, tính năng cơ học của bê tông gai dầu kém hơn nhiều so với bê tông hoặc thép truyền thống. Nó có cường độ nén 2 MPa khi không vượt quá tỷ trọng 1000 kg / m2, tương đương với gạch không nung [3]. Nó hoạt động tốt hơn như một hàng rào hơn là cho các bức tường tự chống đỡ. Nhược điểm khác so với các loại gạch xây thông thường là thời gian chất rắn lại, ngược lại với gạch thông thường. Ngoài ra, nó vẫn là một sản phẩm tương đối đắt tiền với ít thông tin và nhân lực có sẵn để làm việc hiệu quả với công nghệ này.

©Photo: Thomas Noceto
©Photo: Thomas Noceto

Mặc dù thực tế này đang dần thay đổi, phần lớn việc thiếu các nghiên cứu kỹ thuật về vật liệu này là do luật pháp. Lịch sử cho thấy, hơn cả bằng chứng khoa học – cuộc chiến chống cần sa được thúc đẩy bởi các yếu tố chủng tộc, kinh tế, chính trị và đạo đức. Hơn nữa, lệnh cấm tương tự đối với loại thuốc này thường áp dụng đối với các loại cây không được sử dụng để giải trí. Dần dần, các quốc gia trên thế giới đã xem xét lại các lệnh cấm này, với một số quốc gia cho phép trồng cây cần sa hợp pháp để làm thuốc và thậm chí là sử dụng giải trí. Hiện tại, nhà sản xuất gai dầu lớn nhất thế giới là Trung Quốc, chiếm hơn 70% tổng sản lượng toàn cầu. Tuy nhiên, các quốc gia khác cũng có liên quan đến sản xuất gai dầu toàn cầu.

Nghiên cứu, thử nghiệm và thí nghiệm là điều cần thiết để làm cho vật liệu hứa hẹn này trở nên phổ biến hơn và rẻ hơn để sử dụng hàng loạt trong xây dựng. Có lẽ một trong những loài cây lâu đời nhất được nhân loại trồng trọt có thể trở thành vật liệu xây dựng bền vững và hiệu quả trong tương lai.


Dịch giả: Sadie Pices
Nguồn: Arch Daily | Hemp Concrete: From Roman Bridges to a Possible Material of the Future

Ghi chú:
[1] The People’s History. The Thistle. Volume 13, Number 2: Sept./Oct., 2000
[2] Hemp users’ stories and its use as a medical remedy. MMedics
[3] Monika Brümmer, Mª Paz Sáez-Pérez, and Jorge Durán Suárez. Hemp Concrete: A High Performance Material for Green-Building and Retrofitting
[4] Komsi, Jere. Thermal Properties of Hempcrete, a Case Study. Helsinki Metropolia University of Applied Sciences

4 cách cây gai dầu xây dựng một nền kinh tế thân thiện môi trường hơn

Cây gai dầu có thể được sử dụng như một sự thay thế thân thiện môi trường, thay vì một số vật liệu ô nhiễm bậc nhất thế giới. Không chỉ là nguồn cung cấp CBD, mà hạt và sợi gai dầu còn có thể làm ra nhiều nhu yếu phẩm hiện đại như bê tông, nhựa, vai và nhiên liệu mà chúng ta phụ thuộc vào. Sự thay thế sử dụng cây gai dầu tốt hơn cho hành tinh cũng như ít độc hại hơn cho người tiêu dùng.

Điều gì đã khiến cho cây gai dầu trở thành sự thay tế thân thiện môi trường? Cây gai dầu, không nhầm lẫn với loại cannabis gây tác động tâm lý (thường gọi là cần sa), là một trong những cây trồng lâu đời nhất thế giới. Theo hầu hết các thống kê, con người đã trồng cây gai dầu từ 4000 năm trước Công Nguyên. Ngoài dùng sử dụng làm thuốc, loài cây độc đáo này có nhiều ứng dụng ngày nay, cũng tương tự như nó trong thời kỳ Đồ đồng.

Cây gai dầu phát triển mạnh mà không cần thuốc trừ sâu

Một trong những lợi ích hiện đại của cây gai dầu là nó không cần thuốc trừ sâu hay thuốc diệt cỏ để phát triển ở quy mô công nghiệp. Các tác động môi trường của thuốc trừ sâu đã được ghi nhận. Chúng gây bệnh, làm giảm đa dạng sinh học, làm ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất. Nhiều loại cây công nghiệp quy mô lớn nhất như đậu nành và bông được trồng bằng cách sử dụng lượng lớn thuốc trừ sâu. Bởi vậy nếu chuyển một phần những cây trồng này sang trồng cây gai dầu, nó sẽ tác động mạnh mẽ tới việc sử dụng thuốc trừ sâu trên toàn cầu.

Cây gai dầu cần ít nước

Theo thống kê từ Ngân Hàng Thế Giới, ngành nông nghiệp sử dụng khoảng 70% nguồn nước ngọt cung cấp trên thế giới. Khi dân số thế giới gia tăng (ước lượng đạt tới 10 tỷ người vào năm 2050), nhu cầu về thức ăn và nước uống sẽ tăng theo.Nói cách khác, nhu cầu của chúng ta với các loại cây trồng sử dụng ít nước tăng theo mỗi mùa. Theo hầu hết các ước tính, cây gai dầu được coi là loại cây trồng không cần nhiều nước. Điều này đặc biệt làm cho cây gai dầu là lựa chọn bền vững hơn cây bông.

Một nguồn nhiên liệu bền vững

Những tác động môi trường từ khí thải nhiên liệu hóa thạch và khai thác dầu rất lớn. Ngược lại, cây gai dầu là nguồn thiết thực làm dầu diesel sinh học, một loại nhiên liệu được sản xuất từ thực vật. Theo một nghiên cứu được thực hiện bởi đại học Connecticut, vấn đề với hầu hết nhiên liệu sinh học là nó chiếm diện tích đất canh tác được sử dụng để trồng thực phẩm. Nhưng vì cây gai dầu có thể phát triển ở vùng đất nghèo phù sa và trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau, việc canh tác nó không bị phân bố trên vùng đất nông nghiệp có giá trị của cây trồng khác. Ngoài ra, nhiên liệu sinh học này có nguồn gốc từ hạt giống thay vì từ cây. Về cơ bản, những hạt giống ít được quan tâm hơn nên được tái sử dụng như một phương pháp làm nhiên liệu, sự đa dụng này của cây gai dầu khiến nó trở thành cây trồng thân thiện với môi trường.

Vật liệu xây dựng bền hơn, rẻ hơn

Theo Viện Quan hệ Quốc tế Hoàng gia, nhu cầu bê tông và xi măng toàn cầu được dự tính sẽ tăng 7% mỗi năm cho tới năm 2020. Xi măng, thành phần chính trong bê tông, là tài nguyên được tiêu thụ nhiều thứ 2 trên thế giới, và cũng là nguồn tạo ra khí thải CO2 lớn thứ 2 ở mức 8%. Bê tông gai dầu, một loại bê tông được làm từ cây gai dầu đã được sử dụng trên toàn thế giới, đặc biệt tại Pháp. Nó ít giòn hơn bê tông và có thể được sử dụng đồng thời như một vật liệu ngăn cách và chống ẩm.

Mặc dù bê tông gai dầu không thích hợp để xây dựng nền móng, nhưng nó lý tưởng để làm những bức tường không chịu lực và là vật liệu ngăn cách rất tốt.

Một lựa chọn thay thế cho bông

Bông là một cây không phải lương thực phổ biến nhất thế giới. Việc canh tác bông không chỉ làm giảm chất lượng đất trồng mà lượng thuốc trừ cỏ được sử dụng góp phần làm ô nhiễm lượng lớn nguồn nước sạch. Theo Viện Tài nguyên thế giới, canh tác cây bông chiếm 11% lượng thuốc trừ cỏ và 24% lượng thuốc trừ sâu được sử dụng trên thế giới.

Ngoài việc cần thuốc trừ cỏ và thuốc trừ sâu để phát triển mạnh, cây bông còn cần một lượng lớn nước. Để sản xuất một chiếc áo thun làm từ sợi bông cần 2700 lít nước – lượng nước tương đương một người sẽ uống trong hai năm rưỡi. Mặc dù là vật liệu ít phổ biến hơn bông, nhưng gai dầu cũng là loại sợi truyền thống thường được sử dụng để dệt vải. Tuy nhiên, theo các nghiên cứu, gai dầu chỉ sử dụng một phần tư lượng nước so với bông.

Không chỉ tốn ít nước hơn, gai dầu còn cần ít đất để phát triển trên mỗi đơn vị sợi. Nó còn có thể phát triển ở nhiều điều kiện khí hậu khác nhau.

Nhựa phân hủy sinh học

Theo Liên Hợp Quốc, hơn 8,3 tỉ tấn nhựa đã được sản xuất tính từ những năm 1950. Người ta ước tính một nửa số nhựa đó là nhựa dùng một lần, và 60% trong số đó kết thúc vòng đời tại các bãi chôn lấp hoặc tự do trong tự nhiên. Nhựa gai dầu là loại vật liệu phân hủy sinh học, nhẹ và bền có thể thay thế cho các loại nhựa gốc dầu chúng ta đang sử dụng hiện nay. Ngoài việc thân thiện môi trường, nhựa phân hủy sinh học không chứa các hóa chất thường được tìm thấy trong các loại nhựa khác ảnh hưởng tới hệ thống nội tiết cơ thể người.

Bây giờ chúng ta có thể bắt đầu sản xuất những nhu yếu phẩm hiện đại từ cây gai dầu

Cho tới năm 2018, việc canh tác gai dầu chỉ hợp pháp trong các chương trình thí điểm nhỏ ở một vài bang. Như vậy có nghĩa rằng nó không thể được canh tác ở quy mô công nghiệp tại Mỹ, đặc biệt là khi so sánh với tầm sản xuất toàn cầu của Trung Quốc.

Tuy nhiên, Luật Nông Nghiệp năm 2018 đã chính thức loại bỏ cây gai dầu khỏi danh sách bị kiểm soát. Với người nông dân, điều này làm gai dầu trở thành cây trồng khả thi mà họ có thể sản xuất và buôn bán như bông, đậu nành và thuốc lá. Nhưng so sánh thì ngành gai dầu đang kém phát triển. Chúng không có cùng công nghệ thu hoạch, chuỗi cung ứng, khả năng tiếp cận hạt giống và các nghiên cứu như những giống cây truyền thống khác.

Cuộc tranh luận tìm kiếm vật liệu thân thiện môi trường đang nóng hổi khi nhu cầu về bê tông, chất dẻo, bông và nhiên liệu đang ngày một tăng. Một thế giới mà các vật liệu đều được thay thế bởi gai dầu sẽ không còn xa nữa.

 

Dịch giả: Sunny Nguyễn

Nguồn: 4 Ways Hemp Could Build A More Eco-Friendly Economy | Green Entrepreneur

Bài viết được xem nhiều nhất