آیا ساختمان‌های چوبی راه‌حل مشکل تغییرات اقلیمی هستند؟

تیم اسمدلی، گزارشگر BBC برای تهیه‌ی مقاله‌ی حاضر در یک مکان ساخت‌و‌ساز ظاهرا معمولی از یک ساختمان اداری عادی در شرق لندن حضور یافت. حدود دو سوم ساختمان هفت طبقه‌ی دردست ساخت تکمیل شده، ساختار اصلی و پله‌ها سرجای خود قرار گرفته‌اند و گچ‌کاری و سیم‌کشی آن آغاز شده است. اما همان‌طور که او در اطراف قدم می‌زند، وجود چیزی غیرعادی را حس می‌کند. محل ساخت‌و‌ساز ساکت و تمیز است و حتی بوی خوبی می‌دهد. در اینجا مقدار زیادی چوب وجود دارد. در مکان‌های ساخت‌و‌ساز، معمولا از چوب به‌عنوان قالب بتن‌ریزی استفاده می‌شود. اما اینجا چوب خود بتن است. آندرو وو، معمار این پروژه می‌گوید:

به‌علت اینکه یک ساختمان ساخته شده با چوب ۲۰ درصد وزن یک ساختمان بتنی را دارد، بار گرانشی آن به میزان زیادی کاهش پیدا می‌کند. این بدان معنا است که به حداقل پایه‌ریزی نیاز داریم و نیاز نداریم که مقدار زیادی بتن در زمین بریزیم. ما دارای یک هسته‌ی چوبی هستیم، دیوارهای چوبی و ورقه‌های چوبی کف را داریم، بنابراین مقدار فولاد مورد نیاز را به حداقل می‌رسانیم.

به‌طور معمول از فولاد برای پشتیابی درونی یا تقویت بتن در بیشتر ساختمان‌های مدرن بزرگ استفاده می‌شود. اگرچه در این ساختمان چوبی بخش‌های فولادی نسبتا کمی وجود دارد. این بخش‌های فولادی معدود، مانند یک مجموعه‌ی مکانو به هم متصل می‌شوند تا بتوانند در پایان زندگی ساختمان به‌راحتی از هم جدا شوند. وو می‌گوید:

اگر بخواهید یک پلکان در اینجا بگذارید (با اشاره به سقف)، فقط کافی است تیغه‌ی فولادی را باز کنید، یک اره برقی بردارید و حفره‌ای در کف چوبی ایجاد کنید.

وابستگی ما به بتن و فولاد برای ساخت هرچیزی از خانه گرفته تا استادیوم‌های ورزشی هزینه‌های زیست‌محیطی زیادی با خود به‌همراه دارد. بتن مسئول ۴ تا ۸ درصد از کل انتشارات کربن‌دی‌اکسید جهان است. پس از آب، این ماده‌ای است که بیشتر از سایر مواد در زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد و حدود ۸۵ درصد از تمام معادن را تشکیل داده و با کاهش شن‌های زمین نیز همراه است. بنابراین معمارانی همچون وو استدلال می‌کنند که باید چوب را به‌عنوان مواد ساختمانی اصلی جایگزین بتن کرد.

چوب حاصل از جنگل‌های مدیریت‌شده واقعا کربن را ذخیره می‌کند: وقتی درختان رشد می‌کنند، کربن‌دی‌اکسید را از اتمسفر جذب می‌کنند. به‌صورت یک قانون سرانگشتی، یک متر مکعب از چوب یک تن کربن‌دی‌اکسید (کم‌تر یا بیشتر بسته به گونه‌ی درخت) را ذخیره می‌کند که معادل ۳۵۰ لیتر بنزین است.

وو این ساختمان ده طبقه را در دالستون لندن طراحی کرده است. ساختار CLT (نوعی چوب مهندسی‌شده که از ورقه‌های متقاطع تشکیل شده است) دارای وزن تنها یک پنجم معادل ساختمان بتنی آن است

چوب نه‌تنها نسبت‌به مقدار کربن‌دی‌اکسیدی که طی فرایند ساخت وارد اتمسفر می‌کند، کربن‌دی‌اکسید بیشتری را از اتمسفر حذف می‌کند، بلکه نقش آن در کاهش کربن‌دی‌اکسید با جایگزین شدن با مواد کربن‌زایی مانند بتن یا فولاد دوبرابر می‌شود.

اخیرا یک گزارش مشورتی درمورد «استفاده از زیست‌توده در اقتصاد کم‌کربن» به دولت بریتانیا ارائه شد که در آن عنوان شده است در حال حاضر بیشترین میزان کاهش گازهای گلخانه‌ای ناشی از زیست‌توده ازطریق استفاده از چوب به‌عنوان ماده‌ی ساختمانی حاصل می‌شود که هم کربن را ذخیره می‌کند و هم جایگزین سیمان، آجر و فولاد می‌شود که تولید آن‌ها با انتشار کربن زیادی همراه است. سالیانه حدود ۱۵ تا ۲۸ درصد از خانه‌های جدید در بریتانیا، از چارچوب‌های چوبی استفاده می‌کنند که در نتیجه‌ی آن بیش از یک میلیون تن کربن‌دی‌اکسید را در سال در خود ذخیره می‌کنند. طبق نتیجه‌گیری این گزارش، افزایش استفاده از الوار چوب در ساخت‌و‌ساز می‌تواند مقدار مذکور را سه برابر کند. استفاده از سیستم‌های چوبی جدیدا مهندسی شده مانند CLT در بخش‌های تجاری و صنعت نیز می‌تواند به افزایش میزان ذخیره‌ی کربن کمک کند.

ماده‌ی اصلی ساختمانی در مکان‌های ساخت‌و‌ساز آندرو همین CLT است. از آنجایی که این نوع چوب به‌عنوان یک چوب مهندسی‌شده توصیف می‌شود، تیم انتظار داشت که چیزی شبیه تخته‌های ساخته‌شده از تراشه‌های چوب یا تخته‌لایه را ببیند. اما CLT درست مانند تخته‌های چوب معمولی سه متری با ضخامت یک اینچ به‌نظر می‌رسد که ساختار گره‌دار اصلی چوب را نیز در خود حفظ کرده است. نوآوری این طرح آن است که تخته‌های چوب با چسباندن سه لایه چوبی که به‌صورت متقاطع روی هم قرار می‌گیرند، ساخته می‌شود.

به‌گفته‌ی وو، این بدان مفهوم است که CLT دچار خمیدگی نمی‌شود و دارای قدرت یکپارچه‌ای در دو جهت است. یک دیوار ساخته‌شده از CLT از کف طبقه بالا پشتیبانی می‌کند و دارای قدرتی افقی برای تحمل باری است که بالای آن قرار گرفته است و مانند یک تیر بلند نیز عمل می‌کند. به‌همین خاطر است که به‌گفته‌ی وو این ساختار موجب تغییر معماری می‌شود. وو که یک دهه است با CLT کار می‌کند، معتقد است سازه‌ی حاصل هرآنچه ساختمان‌های بتنی و فولادی دارند، داشته و مزیت‌های دیگری را نیز به همراه دارند. این نوع چوب مهندسی‌شده در دهه‌ی ۱۹۹۰ در اتریش و تا حدودی در واکنش به رکورد صنایع مبلمان و کاغذ در این کشور اختراع شد. ۶۰ درصد از اتریش را جنگل تشکیل داده است و آن‌ها لازم بود که چیزی برای فروش داشته باشد. این بود که آن‌ها CLT را ابداع کردند.

یک متر مکعب از چوب حاوی حدود یک تن کربن‌دی‌اکسید است که معادل با ۳۵۰ لیتر بنزین است

دیگر چوب‌های مهندسی‌شده مانند چوب‌های چندلایه و MDF حدود ۱۰ درصد چسب دارند (اغلب اوره فرمالدهید) که در جریان بازیافت یا سوزاندن می‌توانند مواد شیمیایی خطرناکی تولید کنند. این در حالی است که در ساختار CLT کمتر از یک درصد چسب وجود دارد و معمولا از یک پلی‌یورتان زیستی استفاده می‌شود. صفحات چوبی، تحت حرارت و فشار با هم پیوند می‌شوند تا آن مقدار کم چسب با استفاده از رطوبت خود چوب با آن ترکیب شود. این چوب ازنظر ظاهری، بو و بافت همانند چوب خالص است.

در کشور اتریش، بسیاری از کارخانه‌های CLT انرژی خود را از زیست‌توده‌ی تجدیدپذیر حاصل از اضافه چوب‌ها و شاخه‌ها تأمین می‌کنند. برخی از کارخانه‌ها حتی قدرت تأمین انرژی الکتریکی جوامع اطراف خود را نیز دارند. هرچند CLT در کشور اتریش اختراع شد اما وو از نخستین معمارانی بود که از این نوع چوب برای ساخت یک ساختمان چندطبقه در لندن استفاده کرد. وو می‌گوید:

ساختمان موری گروو یک ساختمان ۹ طبقه‌ با نمایی خاکستری، وقتی در سال ۲۰۰۹ ساخته شد، موجب ایجاد شوک و وحشت شد.

تا آن زمان از CLT تنها برای ساخت خانه‌های ساده و زیبای دوطبقه استفاده می‌شد و در ساختمان‌های بلندتر از بتن و فولاد استفاده می‌شد. اما برای موری گروو کل ساختار خانه از دیوارها گرفته تا ورقه‌های کف و هسته‌های بالابر از الوار چوب ساخته شده‌ است. پس از آن، این پروژه موجب الهام گرفتن صدها معمار شد که با استفاده از CLT ساختمان‌های مختلفی را در مناطق مختلف جهان ساختند.

اخیرا فراخوانی‌هایی برای کاشت درخت در مقیاس گسترده برای حدف کربن‌دی‌اکسید و محدود کردن تغییرات اقلیمی وجود داشته است. البته باید این مطلب را درنظر داشت که اگرچه درختان جوان ازنظر جذب کربن‌دی‌اکسید کارآمد و مؤثر هستند ولی این موضوع برای درختان بالغ صادق نیست.

زمین یک چرخه‌ی متعادل از کربن را حفظ می‌کند، درختان (به‌همراه دیگر گیاهان و جانوران) با استفاده از کربن رشد می‌کنند، سپس می‌افتند و می‌میرند و دوباره کربن موجود در بافت‌های خود را آزاد می‌کنند. زمانی‌که انسان‌ ذخایر باستانی کربن را که به شکل زغال‌سنگ و نفت در جریان چرخه‌های قبلی کربن ذخیره شده بود، پیدا و شروع به سوزاندن آن‌ها کرد، کربن‌دی‌اکسید سریع‌تر از آنکه چرخه‌ی طبیعی کربن زمین بتواند از پس آن برآید، وارد اتمسفر شد و چرخه‌ی طبیعی برداشت و آزاد شدن کربن به هم خورد.

درحالی‌که درختان جوان کربن‌دی‌اکسید را جذب می‌کنند، کربن‌دی‌اکسید آزادشده از درختان پیر بیش از مقداری است که در بافت آن‌ها ذخیره شده است

بسیاری از درختان موجود در جنگل‌های مدیریت شده مانند درخت نوئل نروژی، ۸۰ سال طول می‌کشد تا به بلوغ برسد و در سال‌های رشد یک جذب‌کننده‌ی خالص کربن است اما وقتی به بلوغ می‌رسد، کربن زیادی را طی تجزیه‌ی سوزن‌ها (برگ‌های سوزن‌مانند) و افتادن شاخه‌ها روی زمین تولید می‌کنند.

مثل وضعیت کشور اتریش در دهه‌ی ۱۹۹۰، کاهش تقاضا برای چوب و کاغذ موجب شد که بسیاری از جنگل‌های مدیریت شده در سرتاسر جهان بی‌استفاده رها شوند. این زمین‌ها به‌جای اینکه به‌حالت طبیعی و دست‌نخورده‌ی اولیه‌ی خود بازگردانند، پر از شاخه‌های مرده و سوزن‌های اسیدی درختان کاج شدند. برای مثال، به‌علت اینکه درختان بالغ فعالانه قطع نمی‌شوند، جنگل‌های بزرگ کانادا از سال ۲۰۰۱ واقعا بیش از مقداری کربنی که جذب می‌کنند، موجب انتشار این گاز می‌شوند.

شاید بهترین راه برای برداشت کربن، بریدن درختان باشد: برای بازیابی جنگل‌های مدیریت شده و پایدار و استفاده از چوب حاصل به‌عنوان یک ماده‌ی ساختمانی. طبق استاندارد FSC برای جنگل‌های مدیریت‌شده، به‌ازای هر درختی که قطع می‌شود، باید دو سه درخت کاشته شود. این بدان معنا است که هرچه تقاضای بیشتری برای چوب وجود داشته باشد، هم رشد پوشش جنگلی و هم نسبت درختان جوانی که کربن‌دی‌اکسید را از اتمسفر برمی‌دارند، بیشتر می‌شود.

احیا و حفاظت از جنگل‌های دست‌نخورده ضروری است اما جنگل‌های تک محصوله‌ی مدیریت‌نشده به کسی کمک نمی‌کنند و کف‌های پر از سوزن‌های خشک درختان کاج علت عمده‌ی آتش‌سوزی‌ها هستند؛ چیزی که آمریکای شمالی و بسیاری از دیگر مناطق جهان سالانه آن را تجربه می‌کنند. برداشت مدیریت‌شده‌ به میزان زیادی این خطر را کاهش می‌دهد.

دولت آمریکا نیز این موضوع را می‌داند. ملیسا جنکینز در نشستی که اخیرا در مؤسسه‌ی مطالعات انرژی و محیط زیست برگزار شد، گفت: «ما دچار وضعیت جنگل‌های بیش از حد انباشته شده، هستیم. اگر آتش‌سوزی رخ دهد، این آتش‌ها داغ تر می‌شوند، سریع‌تر می‌سوزند و برای مهار آن‌ها به تلاش بسیار بیشتری نیاز است. اگر بتوانیم بازارهایی را برای این محصولات چوبی ایجاد کنیم، احتمال بیشتری وجود دارد که زمین‌داران زمین خود را به‌طور مناسب‌تری مدیریت کنند.»

او بر این نکته تأکید کرد که مخصوصا CLT دارای ظرفیت کاهش خطر آتش‌سوزی طبیعی و حمایت از توسعه‌ی اقتصاد و ایجاد اشتغال در روستاها است.

خطر وقوع آتش‌سوزی در جنگل‌هایی که مدیریت نمی‌شوند، بالاتر است

به‌نظر می‌رسد که بازار هم با این کار موافق است. کمتر از پنج سال از ورود این نوع چوب به آمریکا می‌گذرد و اکنون پروژه‌های CLT متعددی در این کشور در حال اجرا است. مهم‌تر اینکه برخلاف بریتانیا که در حال حاضر تمام CLT مورد نیاز خود را وارد می‌کند، کشور آمریکا درحال سرمایه‌گذاری روی تولید داخلی CLT است و کارخانه‌هایی در مونتانا و اورگن راه‌اندازی شده و قرار است در مناطق دیگر آمریکا نیز ایجاد شود.

ساختمان جدید آمازون در مینیاپولیس از NLT ساخته شده است (تصویر زیر: در این نوع چوب برای اتصال لایه‌‌ها به‌جای چسب از میخ استفاده می‌شود). سازه‌هایی که با استفاده از مواد چوبی ساخته می‌شوند، سریع‌تر و آسان‌تر آماده می‌شوند، بنابراین هزینه‌ی کارگری، سوخت و انرژی مورد استفاده در محل برای ساخت‌و‌ساز نیز کاهش پیدا می‌کند. آلیسون رینگ، مدیر شرکت مهندسی Aecom می‌گوید که با استفاده از CLT، یک مجتمع مسکونی دارای حدود ۲۰۰ آپارتمان تنها طی ۱۶ هفته ساخته شد، درحالی‌که اگر قرار بود این پروژه طبق روال معمول و با چارچوب‌های بتنی ساخته شود، حداقل ۲۶ هفته زمان می‌برد. وو نیز که اخیرا پروژه‌ی یک ساختمان ۱۶ هزار متر مربعی از جنس CLT را در دست داشته است، می‌گوید که در حالت معمول فقط برای ساخت اسکلت این ساختمان به حدود هزار بار بتن نیاز است اما با استفاده از CLT تنها ۹۲ بار بتن مورد استفاده قرار گرفت.

کشورهای دیگر نیز در حال روی آوردن به چوب هستند. مونیکا لبنیکنیک، مهندس فروش شرکت اتریشی-استرالیایی مهندسی لدینک که پرس‌های مورد نیاز کارخانه‌های CLT را می‌سازد، فهرست سفارشات خود را از تاریخ ۲۰۱۳ برای من ارسال کرد. این فهرست با سفارش‌های کمی از اتریش و کشورهای اسکاندیناوی شروع می‌شود اما از سال ۲۰۱۷ به بعد، سفارش کشورهای ژاپن، فرانسه، استرالیا، لتونی و کانادا زیاد می‌شود. او توضیح می‌دهد:

ظرفیت سالیانه‌ی چنین خطی حدود ۲۵ هزار تا ۵۰ هزار متر مکعب CLT است.

داده‌ها نشان می‌دهند که هزار متر مکعب CLT، تقریبا معادل ۵۰۰ درخت است؛ بر این اساس، کارخانه‌هایی که ۵۰ هزار متر مکعب از این نوع چوب را فرایند می‌کنند، در حال به دام انداختن کربن موجود در ۲۵ هزار درخت هستند. حتی مزایایی وجود دارد که این ماده را مخصوصا برای کشورهایی مانند ژاپن جذاب می‌کند، زیرا نشان داده شده است که این چوب در آزمایش‌های زلزله عملکرد خوبی دارد. یک گروه پژوهشی ژاپنی-ایتالیایی یک ساختمان هفت طبقه از CLT را ساخته و آن را ازنظر مقاومت به زلزله مورد بررسی قرار دادند. این ساختمان توانست تکان‌هایی مانند زمین‌لرزه‌ی سال ۱۹۹۵ در کوبه ژاپن را که بیش از ۵۰ هزار ساختمان را تخریب کرد، تحمل کند.

وو می‌گوید طبق یک زمان‌بندی اتفاقی، آمریکایی‌ها درختان زیادی را در ژاپن به‌عنوان بخشی از طرح مارشال کاشته‌اند که مربوط به بیش از ۶۰ سال پیش است و آن درختان اکنون به بلوغ خود نزدیک شده‌اند. برخلاف آنچه ممکن است تصور شود، CLT در آتش‌سوزی نیز عملکرد خوبی دارد. این چوب به‌صورتی طراحی شده است که قبل از اینکه تبدیل به زغال شود، بتواند تا ۲۷۰ درجه‌ی سانتیگراد را تحمل کند، سپس زغال لایه‌ی بیرونی آن همچون یک لایه‌ی محافظتی برای ساختار چوبی پشت خود عمل می‌کند. درمقابل، در دماهای مشابه، بتن خرد شده و ترک برمی‌دارد و فولاد نیز استحکام خود را از دست می‌دهد.

البته همه‌ی افراد به این موضوع که CLT آینده‌ی معماری است، اعتقادی ندارند. کریس چیزمن، استاد مهندسی منابع مواد در کالج سلطنتی لندن در پاسخ به این سؤال که آیا چوب می‌تواند جای بتن را به‌عنوان ماده‌ی اصلی ساخت‌و‌ساز بگیرد یا نه، پاسخی صریح داد:

نه، چنین اتفاقی نمی‌افتد. این ممکن است به‌صورت محلی یا در برخی از طرح‌های کوچک استفاده شود اما شما باید کاربرد عظیم بتن و اهمیت زیاد آن را برای زیرساخت‌ها و جامعه درنظر بگیرید. بتن به‌علت عملکرد و استحکام، ماده‌ی فوق‌العاده خوبی است.

سازه‌های ساخته شده از CLT خیلی سریع‌تر از ساختمان‌های بتنی آماده می‌شوند

مسئله‌ی پایان زندگی نیز وجود دارد. کربن تنها تا زمانی در چوب باقی می‌ماند که ساختمان پابرجا بماند یا از آن چوب برای ساختمان دیگری استفاده شود ولی اگر پوسیده شود یا برای تولید انرژی سوزانده شود، تمام کربنی که در آن ذخیره شده است، آزاد خواهد شد. داگ کینگ، یک مهندس و مشاور پایداری ساختمان می‌گوید: «مگر اینکه مسئله‌ی دورریزی مواد چوبی را در پایان زندگی آن‌ها حل کنیم وگرنه هیچ تضمیمنی وجود ندارد که چرخه‌ی کلی تأثیر مثبتی روی جامعه داشته باشد.» طبق برآوردهای پژوهشی که در سال ۲۰۱۴ انجام شده است، نیمی از تمام الوارهای چوبی که برای ساخت‌و‌ساز استفاده می‌شوند، درنهایت دفن می‌شود، ۳۶ درصد بازیافت می‌شود و ۱۴ درصد هم به‌عنوان انرژی حاصل از زیست توده سوزانده می‌شوند.

با این حال، وو همچنان بلندپروازانه فکر می‌کند. متوسط طول عمر یک ساختمان ۵۰ تا ۶۰ سال است و او معتقد است این زمان به‌حدی است که در این فاصله مهندسان و معماران فکری به حال استفاده‌ی مجدد از الوار و بازیافت آن بکنند. تبدیل آن به بیوچار (زغال تهیه‌شده از زیست‌توده‌‌های گیاهی و ضایعات کشاورزی) می‌تواند یک راه‌حل باشد. ساختمان‌های وو طوری ساخته شده‌اند که برای استفاده‌ی مجدد بتوان آن را به‌سادگی از هم جدا کرد.‌ او و گروهی از معماران بین‌المللی اساسا بر این عقیده‌اند که پذیرش گسترده‌ی CLT سلاح مهمی در مبارزه با تغییرات اقلیمی است.

همان‌طور که ما گردش خود رادر محل ساخت‌و‌ساز وو در شرق لندن به پایان می‌رسانیم و من در هوای جنگلی آن نفس می‌کشم، او می‌گوید که این ساختار نوعی مُد نیست. او توضیح می‌دهد:

بزرگ‌ترین توسعه‌دهنده‌ی تجاری در بریتانیا این ساختمان را خریده است. برای من، این همان جایی است که دوست دارم باشم، من می‌خواهم که این جریان اصلی باشد... همه باید با استفاده از این‌ها ساختمان‌سازی کنند.

اما باز به سؤال اصلی باز می‌گردیم: آیا واقعا چوب می‌تواند تبدیل به ماده‌ی اصلی ساختمان‌سازی شود؟ وو استدلال می‌کند:

این امر نه‌تنها واقع گرایانه، بلکه ضروری است و باید اتفاق افتد. در معماری، شما همیشه به طرح اولیه باز می‌گردید: در اینجا، طرح اولیه تغییرات اقلیمی است.