Evropska unija je sprejela vrsto politik na različnih področjih, kot so podnebje, energija, promet in obdavčitev, z namenom zmanjšanja neto emisij toplogrednih plinov (TGP) za vsaj 55 % do leta 2030 v primerjavi z ravnmi iz leta 1990 [1]. Programi, kot je Obzorje Evropa, ki podpirajo raziskave in inovacije v skladu s cilji Evropskega zelenega dogovora, spodbujajo sodelovanje pri reševanju ključnih okoljskih, ekonomskih in družbenih izzivov. Ti prispevajo k spremembam politik na področju zelenega gradbeništva na lokalni, regionalni ali nacionalni ravni. Z ukrepi si prizadevajo za razogljičenje in spodbujanje krožnosti v grajenem okolju s pomočjo razvoja trajnostnih materialov ter tako podpirajo globalna prizadevanja za dosego podnebne nevtralnosti.

Vpliv gradbenega sektorja na okvir planetarnih meja

Okvir planetarnih meja (planetary boundaries framework – PBF) je bil razvit za opredelitev in opisovanje mej sprejemljivih sprememb v devetih ključnih sistemih našega planeta: integriteta biosfere, podnebne spremembe, zakisovanje oceanov, poraba sladke vode, obremenjenost z aerosoli v ozračju, vnos novih entitet, biogeokemijski tokovi, spremembe tal in izguba stratosferskega ozona [2]. Te meje nimajo enakega vpliva na vzdrževanje ali medsebojno delovanje sistemov. Nekatera področja so vzvodne točke, kjer lahko en sam poseg pozitivno vpliva na več komponent sistemov Zemlje (Slika 1). Interakcije med temi komponentami spadajo v tri kategorije: biološko posredovane interakcije in človeško posredovane interakcije, ki so nadalje razdeljene na vzporedne človeške vzroke sprememb in reaktivne človeško posredovane mehanizme. Te ponujajo pomembne priložnosti za sinergije [3]. Ključni ukrepi za ohranjanje PBF znotraj sprejemljivih meja vključujejo izboljšanje kakovosti zraka, zdravja tal, ustvarjanje ponorov ogljika, spodbujanje krožnega pretoka virov, ohranjanje biotske raznovrstnosti in varčevanje z vodo [4].

Podnebne spremembe, ki jih povzročajo povečane ravni CO2 in drugih toplogrednih plinov, ujamejo sončno energijo v atmosferi in sprožijo kaskadne učinke na vse druge planetarne meje. Tretjina svetovnih emisij CO2 izvira iz proizvodnje gradbenih materialov in gradbenih dejavnosti [5]. Razvoj trajnostnih rešitev v gradbeništvu za urbana območja je ključen za zagotavljanje udobnih stanovanjskih razmer za rastoče prebivalstvo ter hkrati prilagajanje podnebnim spremembam. V 20. stoletju so v večnadstropni stanovanjski gradnji prevladovali materiali, kot so beton, jeklo in opeka. Vendar pa lahko prehod na regenerativne prakse v grajenem okolju prinese kaskadne koristi. Trajnostna preobrazba stanovanjskega gradbenega sektorja je tesno povezana s cilji trajnostnega razvoja OZN, zlasti ciljem 9 (Zgraditi vzdržljivo infrastrukturo, spodbujati vključujočo in trajnostno industrializacijo ter pospeševati inovacije), ciljem 11 (Poskrbeti za odprta, varna, vzdržljiva in trajnostna mesta in naselja) ter ciljem 12 (Zagotoviti trajnostne načine proizvodnje in porabe). V tem kontekstu se materiali zasnovani na naravnih materialih razvijajo iz inovativne alternative v “novo normalnost”.

Slika 1: Vpliv gradbenega sektorja na planetarne meje, razvrščen v kategorije z visokim tveganjem, naraščajočim tveganjem in varnim obratovalnim prostorom [6]

Materiali so bili ključni za napredek civilizacij. Danes je vrednost materiala odvisna od njegovega namena, lastnosti, razpoložljivosti, stroškov, proizvodnega procesa, varnosti in vpliva na okolje. Zmanjšanje vgrajenega ogljika vključuje zmanjševanje uporabe prvinskih materialov ob upoštevanju njihovega pridobivanja, ekstrakcije, predelave in upravljanja ob koncu življenjske dobe, tako pri novi gradnji kot prenovi. Hitro rastoče vrste, kot sta bambus in konoplja, predstavljajo trajnostne alternative lesu, saj imajo nižji ekološki odtis in večji potencial za sekvestracijo ogljika. Napredek na področju inženirskih lesenih izdelkov, uporaba manj izkoriščenih vrst lesa in vključevanje recikliranega lesa še dodatno širijo možnosti za trajnostne materiale, zmanjšujejo odpadke in izboljšujejo učinkovitost virov.

Za zmanjšanje porabe vode v gradbeništvu je treba izbirati materiale z nizko vsebnostjo porabe vode. Prav tako je mogoče zmanjšati onesnaženje z aerosoli z nadzorovanjem emisij delcev med gradnjo in rušenjem, na primer z razgradnjo objektov in ponovno uporabo komponent. Naslavljanje “novih entitet” – novih snovi, spremenjenih oblik in onesnaževal s potencialno škodljivimi učinki – pa ostaja zapleteno zaradi širokega spektra onesnaževal in njihovih kemičnih interakcij. Umetno ustvarjeni gradbeni materiali pogosto povzročajo onesnaženje skozi celoten življenjski cikel. Na primer, proizvodnja jekla povzroča znatne emisije onesnaževal, medtem ko materiali, kot so barve na osnovi svinca, azbest, vinilne talne obloge in zaviralci gorenja, predstavljajo tveganje za strup. Človeštvo je že preseglo planetarno mejo za nove entitete, kar zahteva prehod na netoksične materiale, ki varujejo zdravje ljudi in ekosistemov. Trajnostna izbira materialov v grajenem okolju lahko pomembno prispeva k zmanjšanju emisij in napredovanju ekološke odpornosti.

Inženirski živi materiali kot novi, odporni gradbeni elementi

Inženirski živi materiali (ELM) se pojavljajo kot prelomni elementi trajnostne gradnje. Z vključevanjem bioloških komponent ELM ponujajo edinstvene funkcionalnosti, kot sta samopopravljanje in spremljanje onesnaževal, s čimer presegajo zmogljivosti običajnih pametnih materialov. ELM imajo ogromen potencial kot nova generacija aktivnih materialov v trajnostno grajenem okolju ali kot integrirana mreža živih senzorjev za spremljanje prisotnosti in gibanja onesnaževal ter patogenov [7].

ELM lahko spodbudijo povpraševanje in ustvarijo nove tržne priložnosti ter omogočijo številne industrijske in družbene aplikacije. Za njihovo uspešno uporabo pa je potrebno reševati etične, pravne in družbene vidike, poleg tehničnih izzivov, povezanih z oblikovanjem in razširjanjem proizvodnih procesov. Družbena sprejemljivost in zaupanje sta močno povezana z odobravanjem, soglasjem in pričakovanji lokalnih skupnosti ter drugih deležnikov glede določenih materialov ali proizvodnih procesov. To vključuje zahteve po preglednosti, etičnih premislekih ter možnem vplivu na zdravje, okolje ali družbo.

Ker ELM vključujejo žive celice bakterijskega, glivnega, rastlinskega ali živalskega izvora, jih lahko javnost dojema negativno. Prisotnost živih mikroorganizmov, vgrajenih v nežive strukture, bi lahko odvrnila vlagatelje in kupce. Zato so ključnega pomena ciljno usmerjene komunikacijske strategije o inovacijah, zeleni tehnologiji in novih lastnostih teh materialov za spodbujanje razumevanja in sprejemanja.

Spodbujanje odgovorne inovacije in uporabe inženirskih živih materialov (ELM)

Medtem ko se najnovejši raziskovalni in razvojni napori osredotočajo na načrtovanje, modeliranje, povečanje obsega in izdelavo inženirskih živih materialov (ELM), je enako pomembno obravnavati etične, pravne in družbene implikacije, da bi ustvarili družbeno odgovorne inovacije. Te inovacije si prizadevajo reševati kompleksne probleme z namenom zagotavljanja pozitivnih družbenih in okoljskih vplivov. Zato bi morali raziskovalci proaktivno in redno sodelovati z odločevalci in javnostjo. Ključno je prepoznati in komunicirati o pogostih ovirah, specifičnih za sprejetje ELM in njihovo prihodnjo komercializacijo, z ustreznimi deležniki, da bi dosegli široko družbeno sprejemanje. Ker so nove tehnologije običajno dražje, bi lahko nove okoljske regulative (npr. ogljični davek) omogočile večjo konkurenčnost ELM na trgu [8]. Poleg tega je treba stremeti k standardizaciji in potrebni zakonodaji z vzpostavitvijo močnih partnerstev z relevantnimi deležniki.

Edinstvena značilnost ELM je njihov pristop k vzdrževanju materialov, ki vključuje negovanje živih celic. To premika fokus od tradicionalnega ohranjanja in popravljanja materialov k praksam, ki spominjajo na kmetovanje, ter poudarja prehod od interakcij med človekom in materiali k odnosom med človekom in materiali.

Pogled v prihodnost

Prihodnost znanosti o materialih je v ustvarjalnih in odpornih zasnovah, ki so usklajene z okviri planetarnih meja (PBF). Z naraščanjem urbanega prebivalstva bodo mesta morala sprejeti nizkoogljične in trajnostne materiale, da bodo spodbujala podnebne ukrepe in inovacije ter ustvarjala grajena okolja, ki delujejo znotraj planetarnih meja. Znanstveniki za materiale, oblikovalci, arhitekti in inženirji imajo edinstveno vlogo pri reševanju izzivov preseganja planetarnih meja.

Mesta, ki predstavljajo velike porabnike, močno vplivajo na globalne okoljske rezultate. Posledično igrajo zasnova, gradnja in upravljanje zgradb ključno vlogo pri oblikovanju prihodnosti človeštva in planeta.

Literatura in viri

1. Cutting EU greenhouse gas emissions: national targets for 2030. European Parliament news, # 20180208STO97442 (2023).
2. Persson, L. et al. Environ. Sci. Technol. 56, 3, 1510-1521 (2022).
3. Lade, S.J. et al. Nat Sustain 3, 119–128 (2020).
4. Designing for planetary boundary cities, Arup (2021).
5. Planetary action, United Nations Environment Programme 2021 (2022).
6. Richardson, K. et al. Sci. Adv. 9, eadh2458 (2023)
7. Sandak, A. Nat Rev Mater 8, 357–359 (2023).
8. Srubar III, W.V. (ed) Engineered Living Materials Ch7 (Springer Nature, 2022).

Zahvale

This work was co-funded by the European Union (ERC, ARCHI-SKIN, #101044468). Views and opinions expressed are however those of the author only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Council. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.

Avtorji: dr. Anna Sandak, dr. Karen Butina Ogorelec, dr. Anja Černoša, Ana Gubenšek, dr. Wojciech Pajerski, InnoRenew CoE