建筑材料，利用自然优雅，无害的设计

这篇文章最初发表在《科学》杂志上Verdical群组博客。

每年，仅混凝土生产就向大气中排放约150亿吨二氧化碳。随着城市的不断发展(根据联合国到2050年，世界城市人口预计将增加84%)，制造的污染性建筑材料的数量也将随之增加。

造成问题的不仅仅是材料。

联合国环境规划署(UNEP)完成了一项题为“建筑与气候变化”的研究和报告，显示(PDF)“超过80%的温室气体排放发生在建筑的运行阶段，能源用于供暖、制冷、通风、照明、电器和其他应用。”The main problem with a building’s lifetime of energy consumption is that the energy most likely is coming from a fossil fuel-powered plant.

我们如何用无害的材料设计建筑，既为我们的星球，也为居住在其中的人?我们可以用什么来确保建筑的年能源需求保持在最低限度?

与大自然合作

当你在公园散步、浮潜甚至是在山间露营一周的时候，你可能没有意识到这一点，但你所享受的大自然实际上是精心设计的建筑，是为了服务和有益于周围所有其他生活基础设施。

树木从太阳和天空中吸收它们所需的能量和水，甚至可以通过真菌连接网络彼此分享营养科学家称菌根网络(“木材网”)。当它们活着的时候，它们在森林里为其他生物创造栖息地，并为其他生物提供食物。当一棵树死亡时，它会为森林地面提供足够的营养来启动新的有机基础设施的生长。

为什么我们的建筑不能得到他们所有的来自太阳和水的能量从天空为鸟类和动物提供栖息地，当它们的生命周期结束时，它们会被分解，为未来的建筑提供生长材料?

如果大自然有38亿年的时间来为各种生态系统开发最好的设计，为什么我们不复制它们呢?

这就是仿生学的一般观点:如果大自然有38亿年的时间来为各种生态系统开发出可能的最佳设计，为什么我们不复制它们?为什么我们在亚利桑那州图森的家不像仙人掌那样在季风季节吸收和储存一整年的水呢?为什么我们的商业建筑不会在白天随着太阳的移动而改变外壳的颜色，就像纳马变色龙的皮肤一样?

科技可以让我们到达那里

大自然的设计优雅、可降解、耐用但是为我们自己的目的重新创造这些材料似乎是一个棘手的部分——至少现在是这样。因为珊瑚是混凝土最接近的天然对应物，所以它被盯着作为一种伟大的建筑材料的替代品。

在制造混凝土时，珊瑚会从水泥中释放出二氧化碳分子，而珊瑚会将每个碳原子和每个钙原子固定在一起。这意味着，在理论上，如果我们能将这个过程——即生物矿化——应用到全球混凝土生产中，我们就能从大气中去除数十亿吨的碳。

一家名为蓝色星球的公司声称已经创造了一种类似于生物矿化的水泥和骨料生产工艺。该公司的网站称，其技术“利用废弃的二氧化碳作为原材料，生产负碳建筑材料。”

另一种生物模拟材料来自于木材建筑材料领域，是哥伦比亚森林产品公司的pure rebond技术。无甲醛，大豆为基础的胶合板组装粘合剂最初的灵感顺便说一下，贻贝能抓住岩石。俄勒冈州立大学(Oregon State University)教授李凯昌(Kaichang Li)发现贻贝会分泌一种叫做“鱼线”的蛋白质，这种蛋白质能提供超强的韧性和柔韧性。哥伦比亚森林产品公司资助了他开创性的研究，这导致了纯粘合剂的发明。PureBond使用改性的大豆蛋白来执行与byssal线相同的功能。

随着可持续材料的进步，仿生技术也被用于激发建筑节能被动冷却系统。在津巴布韦的哈拉雷，设计师米克·皮尔斯(Mick Pearce)在他的项目中使用了一个在大自然中发现的有趣的“家”。20年前开业的东门中心(Eastgate Centre)是一个购物中心和办公大楼的综合体，其灵感来自白蚁土堆——尤其是它们在没有空调的情况下保持舒适环境的方式。

维护内部温度恒定当温度达到30摄氏度时，白蚁就会不断地确保有气流从低的开口流向顶部的孔——利用所谓的“堆积效应”(对流气流由冷变暖)。在东门中心，夜晚凉爽的空气被允许进入建筑底部，并开始对流，使白天的热空气通过屋顶的通风口排出。冷空气也储存在中空地板和踢脚板通风口中，第二天就会释放到办公室。

像树一样分享

为了推动生物模拟技术的发展，以及它创造持久、可持续和美丽的材料和设计的惊人潜力，我们必须像树木一样使用我们自己的“木万维网”来传播知识和想法。这就是为什么Verdical集团主持生物仿生2016年3月——收集领导人会议上,公司在他们的设计中使用自然,和其他感兴趣的生物仿生的力量为了得到领导的思想激励人心的故事,后来蔓延到数百人。