Xây Dựng Những Tòa Nhà Cao Tầng Từ Gỗ Có Thể Giúp Bảo Vệ Hành Tinh

Thời đại công nghiệp hiện đại thực sự được xây dựng trên thép và bê tông, những vật liệu dễ dàng tiếp cận mang lại sức mạnh cho các tòa nhà có thể cao hàng trăm tầng. Khác với gỗ, thép và bê tông không bắt lửa từ một chiếc lồng đèn bị rơi. Sớm, những đám cháy phá thành phố, như ở San Francisco năm 1906 và Chicago năm 1871, trở thành một chuyện của quá khứ—ít nhất cho đến khi biến đổi khí hậu bắt đầu tăng cường rừng cháy ở California.

Cây gỗ già nát đã bị giới hạn chỉ cho những công trình nhỏ như nhà ở cho đến khi các nhà khoa học môi trường bắt đầu nói lên điều mà mọi người đang bỏ qua: Việc sản xuất thép và bê tông đưa lượng lớn khí carbon vào khí quyển, cả về năng lượng để sản xuất vật liệu và CO₂ từ phản ứng hóa học khi vật liệu hình thành. Ngược lại, gỗ thực sự hấp thụ carbon, ít nhất là trong thời gian nó là một phần của một cây sống, khi lá cây hút vào CO₂ trong quá trình quang hợp. Một khi bị bắt giữ bên trong gỗ, toàn bộ carbon đó sẽ không vào khí quyển.

Trong khi hành tinh của chúng ta tiếp tục lao dốc vào một thảm họa khí hậu, các kiến trúc sư đã gần đây đã để ý đến những phẩm chất của gỗ, bao gồm giá trị của nó là một vật liệu composite siêu mạnh, và đã cải thiện kỹ năng xây dựng của họ để xây dựng những tòa nhà cao tầng lên đến 275 feet bằng gỗ, sử dụng các vật liệu gỗ hiện đại—đây không phải là những căn nhà gỗ lớn. Và ngày nay, viết trong tạp chí Nature Sustainability, một nhóm các nhà khoa học môi trường và kiến trúc sư đã định lượng đúng sức mạnh của các tòa nhà đô thị bằng gỗ có thể giảm nhẹ biến đổi khí hậu.

“Lần đầu tiên, chúng tôi có thể chỉ ra rằng ở quy mô toàn cầu, chiến lược này thực sự có ý nghĩa,” nói tác giả chính Galina Churkina, một nhà khoa học môi trường tại Đại học Yale. “Chúng tôi đã có thể định lượng lượng khí thải và lưu trữ carbon, và chúng tôi cũng đã có thể chỉ ra rằng có đủ gỗ để chuyển đổi thành các thành phố gỗ.”

Các tác giả nghiên cứu phát hiện rằng nếu mức sống tiếp tục tăng và người ta đòi hỏi nhiều không gian hơn, và chúng ta tiếp tục xây dựng các tòa nhà từ bê tông và thép, lượng khí thải liên quan có thể đạt đến 600 triệu tấn mỗi năm vào năm 2050. Nhưng xây dựng các tòa nhà gỗ cho những người sống ở thành thị mới có thể lưu trữ lên đến 680 triệu tấn carbon mỗi năm. Càng xây dựng nhiều cấu trúc gỗ, chúng ta càng giữ carbon được giấu kín—ngoài ra, việc bỏ qua sản xuất thép và bê tông giữ thêm nhiều carbon không vào khí quyển.

Để có được những con số này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một quá trình tỷ lệ lớn. Họ sử dụng các con số được chấp nhận về khí thải liên quan đến việc sản xuất một tấn thép hoặc bê tông, và khí thải mà bạn sẽ giấu kín bằng cách sản xuất một tấn gỗ. Sau đó, họ mở rộng con số đó lên đến lượng vật liệu bạn cần cho một tòa nhà, sau đó mở rộng nó lên đến số lượng vật liệu bạn cần trên mỗi người để xây dựng cấu trúc mới. Nhóm đã tính đến sự tăng trưởng dân số, cũng như nhu cầu không ngừng tăng về không gian khi mọi người trên khắp thế giới leo lên tầng lớp trung và thượng lưu.

"Chuyển đổi này khả thi dưới hai điều kiện: Rằng các rừng được khai thác được quản lý bền vững, và rằng carbon được chuyển từ rừng vào thành phố và lưu trữ trong các tòa nhà được bảo tồn dưới một dạng nào đó sau khi phá hủy các tòa nhà," nói Churkina. Nghĩa là, chúng ta không thể chỉ đi chặt phá rừng mà không suy nghĩ, và chúng ta không thể chỉ đốt cháy các tòa nhà sau khi phá hủy chúng—điều đó chỉ đưa carbon ngay trở lại khí quyển. Thay vào đó, gỗ đó cần được tái chế, ví dụ như làm sàn nhà ở những ngôi nhà mới.

Bây giờ, chúng ta không chỉ nói về việc lắp ráp một tòa nhà 20 tầng từ những cây gỗ thông thường. Các tòa nhà gỗ cao cấp hiện đại sử dụng gỗ chống dọc, về cơ bản là gỗ ép lớn, được làm bằng cách dùng keo để nối những cây gỗ thông với nhau thành một tấm, sau đó xoay tấm 90 độ và dùng keo để nối thêm những cây gỗ thông phía trên. “Bạn sẽ có một tấm gỗ có kích thước và cách sử dụng khi bạn thiết kế hoặc thiết kế với nó, rất giống với một tấm bê tông,” nói Michael Ramage, giám đốc Trung tâm Đổi mới Vật liệu Tự nhiên tại Đại học Cambridge, người không tham gia vào công việc mới này. “Nó chỉ nặng khoảng một năm thứ.” (Hãy nhớ yếu tố trọng lượng đó—nó sẽ quan trọng khi chúng ta nói đến an toàn sau này.)

Như là một phương tiện thay thế cho thép, các kiến trúc sư cũng sử dụng gỗ ép keo. Đó là cùng một nguyên tắc, chỉ có sản phẩm cuối cùng là thanh thay vì tấm. Những thanh này có thể hỗ trợ một cấu trúc, và các kiến trúc sư thậm chí có thể uốn chúng để tạo ra những điểm nhấn như các mái vòm.

Điều đẹp của cả gỗ chống dọc và gỗ ép keo là chúng tận dụng sức mạnh theo từng pound của gỗ trong khi loại bỏ một số điểm yếu hữu cơ của nó. Trong quá trình sản xuất, từng phần thành phần của gỗ được quét để tìm các khuyết điểm, như nút, có thể làm yếu vật liệu, những phần này được cắt ra trước khi được keo lại với nhau.

Trong vài thập kỷ qua, việc sản xuất những loại composite này, một cách mỉa mai, đã biến vật liệu xây dựng cổ điển thành thực sự là duy nhất là vật liệu cấu trúc mới duy nhất trong thế kỷ qua, theo Ramage. “Bạn phải quay lại với bê tông cốt thép và sự xuất hiện của thép cấu trúc, cả hai đều vào cuối thế kỷ 19, để tìm một vật liệu cấu trúc mới ở quy mô của các tòa nhà.”

Tuy nhiên, những vật liệu mới này theo cách tự nhiên đã giới hạn quy mô của các tòa nhà gỗ. Một tòa nhà thép 10 tầng nặng gấp đôi hoặc ba lần so với phiên bản gỗ. “Do đó, khi bạn càng cao, các tòa nhà gỗ một cách nghịch lý phải cứng hơn so với thép hoặc bê tông,” nói Ramage. Điều này là lỗi của bạn là người, thực sự: Các tòa nhà phải dao động trong gió hoặc động đất để hỏng, nhưng chúng không thể dao động quá nhanh, hoặc họ sẽ khiến người ở bên trong buồn nôn. Vì các tòa nhà gỗ nhẹ hơn nhiều so với những tòa nhà được làm bằng thép và bê tông, chúng di chuyển nhanh hơn trong gió.

“Đó thậm chí không phải là lượng chuyển động, mà là tốc độ chuyển động mà chúng ta dễ bị ảnh hưởng,” Ramage thêm. “Nó giống như đang ở trên tàu đang lắc.” Do đó, các kiến trúc sư phải thiết kế những tòa nhà gỗ nhẹ hơn này để cứng hơn so với các tòa nhà chọc trời truyền thống—nhưng không quá cứng, hoặc chúng sẽ hỏng trong gió. Điều này giới hạn chúng có thể đi cao đến đâu. Nhưng cũng có một điều lợi: Bởi vì các tòa nhà gỗ được làm từ vật liệu nhẹ, công nhân có thể lắp ráp chúng nhanh chóng, tiết kiệm chi phí cho khách hàng. (Chi phí của các vật liệu ép vẫn cao, nhưng giá đang giảm.) Họ không cần hàn các thanh thép và đổ bê tông.

Không thể nói về gỗ mà không nói đến lửa. Chắc chắn, lửa có thể đốt cháy các phần mảnh mỏng của nó, nhưng các mảnh gỗ dày thường chỉ bị nung chảy, không cháy đến tận cùng—hãy tưởng tượng một cổng trong bếp lò không có đủ chất đốt để thực sự bắt lửa. Và kiến trúc sư chỉ ra bất kỳ vật liệu xây dựng nào cũng đi kèm với nhược điểm của nó. “Thép dễ bị cháy, nên chúng ta bọc nó bằng sheetrock hoặc các vật liệu không cháy,” nói Alan Organschi, của Trường Kiến trúc Yale và công ty Gray Organschi Architecture, cũng như là một trong những tác giả chính của bài báo mới. “Bê tông là chất dẫn nhiệt siêu, nên chúng ta phải cách âm xung quanh nó để giữ cho lạnh và nhiệt không bị dẫn qua chất liệu.”

Càng nhiều kiến trúc sư khám phá những vật liệu gỗ mới phức tạp này, họ càng giỏi trong việc thiết kế các cấu trúc gỗ phức tạp có thể đóng vai trò như không gian sống lưu giữ carbon—nhìn thấy rừng cho cây, và hơn thế nữa.

• Chris Evans goes to Washington
• What Atlanta can teach tech about cultivating black talent
• The display of the future might be in your contact lens
• Scientists fight back against toxic “forever” chemicals
• All the ways Facebook tracks you—and how to limit it
• 👁 The secret history of facial recognition. Plus, the latest news on AI
• 🏃🏽‍♀️ Want the best tools to get healthy? Check out our Gear team’s picks for the best fitness trackers, running gear (including shoes and socks), and best headphones