我們建造的環境——從住宅到辦公室、學校和商店——並非對環境無害。事實上，建築物和建築業是世界上最大的原材料消耗者，佔全球二氧化碳排放量的 25%–40% (F. Pomponi & A. J. Moncaster Clean. Prod. 143, 710–718; 2017)。因此，讓建築成為迴圈經濟的一部分，最大限度地減少材料浪費，可以帶來巨大的環境效益。相反，在這方面失敗可能會產生可怕的後果。
“建築物可以而且必須以迴圈方式運作，”英國愛丁堡龍比亞大學研究建築環境的 Francesco Pomponi 說。“否則，就無法擺脫氣候危機。”
以混凝土為例，它由礫石、水泥和水混合而成。它是世界上使用最廣泛的建築材料，但同時也是巨大的碳排放源，佔全球人為碳排放量的 8%。水泥是最大的貢獻者，每年生產超過 40 億噸。它的生產需要將石灰石（主要成分是碳酸鈣）加熱以產生石灰（氧化鈣）。該反應釋放出二氧化碳，而燃料燃燒產生熱量又會產生更多的二氧化碳。
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將建築作為一種積極的力量
在全球範圍內，工程師、建築公司和建築師開始擁抱和應用迴圈模式。在改進建築中使用的材料、引入迴圈設計原則以便這些材料可以得到適當的再利用，以及更雄心勃勃地創造對氣候和生物多樣性做出積極貢獻的建築物方面，存在著大量的機會。但是，如果要減少排放量的巨大貢獻，還需要做大量的工作。而且它們必須下降——而且要快。
材料創新可能有助於使混凝土成為更可持續的選擇。例如，在混合物中新增石墨烯（一種二維形式的碳）可能會透過增強混凝土的強度，從而減少特定應用所需的用量，來改善環境足跡。英國艾姆斯伯裡的一家公司 Nationwide Engineering 與英國曼徹斯特大學的研究人員合作開發了這種名為 Concretene 的混合物，該公司表示，將其灑入混凝土中可能會帶來巨大的好處。第一座受益於 Concretene 的建築是 2021 年 5 月在艾姆斯伯裡的一家健身房，該健身房使用這種材料鋪設了新地板。
混凝土甚至可能成為碳匯。加拿大哈利法克斯的一家公司 CarbonCure 開發了一種將捕獲的二氧化碳新增到混凝土中的技術。二氧化碳與混合物中的鈣反應生成碳酸鈣，該公司稱這種礦物質既能增強混凝土的強度，又能鎖定碳。
混凝土已經普遍被再利用——廢混凝土被粉碎成再生混凝土骨料 (RCA)，然後可以用於製造新的骨料。但 RCA 往往用於低技術應用，例如填充道路。混凝土質量和價值的這種降低與完全迴圈經濟不太相符。
CarbonCure 正在開發一種新型 RCA，可用於建築物。該公司技術開發負責人 Sean Monkman 表示，相同的二氧化碳注入技術和隨後的礦化作用可以應用於 RCA 以及新制成的混凝土。另一家公司 Blue Planet Systems 位於加利福尼亞州洛斯加託斯，該公司開發了一種由回收廢混凝土製成的 RCA，並摻入了捕獲的二氧化碳。
在亞特蘭大佐治亞理工學院，肯德達創新可持續設計大樓將儲存二氧化碳的混凝土作為一系列可持續創新之一加以使用。肯德達專案是作為“生命建築挑戰 (LBC)”的一部分而建造的，“生命建築挑戰”計劃允許將“生命建築”的稱號應用於滿足一系列標準的建築專案，從負責任的用水到採購消除浪費的材料。肯德達大樓主任 Shan Arora 說，該計劃旨在激勵建築物產生能源、生產自己的水並回饋自然多於索取。全球有 83 個獲得認證的生命建築專案，另有 241 個專案已註冊尋求認證。
為了滿足 LBC 標準，肯德達建築團隊透過僱用當地勞工在材料即將運往垃圾填埋場時攔截它們，然後將它們變成合適的原料來搶救材料。“在施工過程中，肯德達大樓從垃圾填埋場轉移的廢物多於運往垃圾填埋場的廢物，”Arora 說。
LBC 專案雄心勃勃。“我將 LBC 視為再生建築設計的聖盃，”艾倫·麥克阿瑟基金會的 Nick Jeffries 說，該基金會是一家位於英國考斯島的慈善機構，致力於推動迴圈經濟。
除了更全面和要求更高的專案外，還可以採取不那麼雄心勃勃但仍然有用的步驟。在氣候迅速變暖的情況下，即使是窗戶也能發揮作用。2010 年，紐約市標誌性的帝國大廈進行了徹底的改造，包括升級了摩天大樓的所有 6,514 扇窗戶。現有的玻璃板沒有被丟棄，而是被一一取出，雙層玻璃中的間隙填充了絕緣氣體——氬氣和氪氣的混合物。此外，每塊玻璃板都塗上了一層濾光透明膜。這些薄膜由麻省理工學院林肯實驗室的科學家在 20 世紀 70 年代開發 (J. C. C. Fan et al. Appl. Phys Lett. 25, 693; 1974)，現在由總部位於田納西州金斯波特的伊士曼化學公司銷售，使用奈米級金屬顆粒來反射熱量。翻新後的窗戶使帝國大廈的能耗降低了 40%。Jeffries 說，其他建築物的類似改造對於向迴圈建築過渡至關重要。
分解問題
Jeffries 說，在迴圈經濟中，“建築物應該像樂高積木一樣建造。您應該能夠拆卸它們並重復使用結構構件。”
Pomponi 同意設計是關鍵，並且深思熟慮地應用現有技術可以使建築物具有這種靈活性。例如，與其將鋼框架焊接在一起以形成建築物的骨架，不如使用螺栓。“當使用壽命結束時，這可以更容易地拆卸，並且更容易重複使用結構部分，”Pomponi 說。
“即使使用環境影響低的材料，建築物也可以以非迴圈的方式設計，”Caroline Henrotay 說，她曾是“將建築物作為材料庫 (BAMB)”專案的協調員，該專案是歐盟資助的 Horizon 2020 創新專案。Henrotay 解釋說，例如，如果材料被粘合在一起，“那麼在壽命結束時，將更難以建立用於高質量回收的清潔餾分。”
這種機械結構方法是 Wikihouse 的關鍵，Wikihouse 是一個 BAMB 支援的英國專案，為可以從樺木膠合板上在當地切割的模組提供開源設計，允許透過將部件像拼圖一樣插入到位來組裝建築物，並且可以再次輕鬆拆卸。這種方法已被用於建造全球各地的圖書館和荷蘭阿爾梅勒的房屋等場所。
Jeffries 說，這種重複使用具有悠久的傳統。“羅馬的馬塞勒斯劇院 [in Rome] 在 2000 年後仍在運營，”他說。“它甚至被用作採石場來建造當地的橋樑和道路。它實際上是未來建築的材料庫。”
一種跟蹤建築物元件並確保可以有意義地重複使用它們的現代工具是“材料護照”。該檔案包含所用材料的詳細清單，以及與材料安全或來源相關的任何資料。透過整理所有這些資料，這些元件在該建築物壽命結束時成為有用的商品。材料護照使後續建築的設計變得容易，因為元件規格是提前準確知道的。Jeffries 說，護照“承認材料存在於特定的結構中，然後確定最有用的未來目的地”。他指出了一個具有此類護照的建築物的例子，該建築物已被拆除以供重複使用：阿姆斯特丹臨時法院，該法院於 2022 年初遷至恩斯赫德市郊外的一個商業園區，成為辦公樓。
協調的材料追溯
許多初創公司正在湧現以提供材料護照服務，但這可能會在未來導致混亂。Arora 說，LBC 的願景不僅僅是擁有材料護照。LBC 還有一個不斷增長的不安全材料清單，即紅色清單，其中必須避免使用石棉、甲醛和氯化聚合物等，因為它們對人類和環境健康有害。為了被允許用於 LBC 建築物，材料需要被列出和核算，並且還需要滿足特定標準。鑑於圍繞建築物迴圈經濟的正在進行的專案、雄心壯志和定義範圍，其全球採用將需要時間。“我仍在弄清楚誰擁有迴圈經濟轉型，”Pomponi 說。
大規模採用迴圈經濟實踐將需要足夠的決策者不僅認為這些措施將有助於地球，而且認為它們在經濟上是可行的。“我們需要所有人。我們需要蘋果、谷歌、微軟這樣的公司來證明這是可以做到的，”Jeffries 說。Jeffries 希望看到艾倫·麥克阿瑟基金會網路中的 200 多家公司超越短期目標。“我們可以超越減少危害，”他說，並朝著更積極的目標邁進，“減少我們使用的材料，減少排放，減少產生的廢物，使建築物積極淨化空氣，為野生動物提供棲息地”。
建築設計和建造方面的這些雄心勃勃的進步對於可持續的全球經濟至關重要。最終，庇護和保護人類的建築物將需要做的不僅僅是為我們遮風擋雨：透過採用創新方法和材料，建築物可能成為人類自招的氣候災難的解決方案。
本文是Nature Outlook：迴圈經濟的一部分，這是一份編輯上獨立的增刊，由谷歌提供財政支援。 關於此內容。