El terme edifici sostenible s’ha convertit en el concepte de moda entre els arquitectes. Però per a la majoria de nosaltres, que vivim en cases construïdes ja fa dècades, la realitat dista molt dels dissenys futuristes: les nostres cases engoleixen l’energia i sovint la malgasten i resulten poc eficients. No obstant això, potser estem a punt de presenciar grans canvis en aquest aspecte: tant les empreses com els acadèmics s’han unit per intentar forjar un nou paisatge urbà en el qual els edificis es converteixin en les centrals elèctriques del futur.
Si els demanem als científics pioners de la tecnologia mediambiental d’última generació que ens descriguin la casa del futur, ens portaran a un món fascinant en què la ciència biològica i la ciència dels materials treballen en harmonia per crear un entorn constructiu viu.
Es tracta d’un món en el qual milers de tecnologies substitueixen els combustibles fòssils i l’energia nuclear. És un futur en què la química, la biologia, la nanotecnologia, la ciència dels materials i la biomimètica es fusionen amb l’objectiu de crear una ciutat viva i interconnectada. És un lloc en el qual l’energia solar pot captar-se de diferents formes des de qualsevol façana i emmagatzemar depenent de les estacions. Un lloc en el que gràcies a un aïllament intel·ligent es regula l’entorn, alhora que unes parets vives formades per algues reaccionen a la llum solar per generar ombres i llum. És, en definitiva, un món interconnectat en què la llar, el lloc de treball, el cotxe i l’escola imiten als organismes vius interactuant de forma natural amb l’entorn per recollir l’energia captada de les cases durant el dia i dels llocs de treball per les nits i la distribueix allà on és més necessària.
La majoria d’aquestes recents innovacions deriven de l’amenaça que planteja el canvi climàtic. Segons investigacions del Programa de les Nacions Unides per al Medi Ambient, una construcció més intel·ligent dels edificis ens ofereix una oportunitat única i extraordinària per a aconseguir retallar de forma rendible les perjudicials emissions de gasos d’efecte hivernacle. En general, els edificis consumeixen el 40% dels nostres recursos energètics i emeten un terç dels gasos d’efecte hivernacle del planeta, una xifra que es preveu que ascendeixi a mesura que més poblacions consumidores d’energia vagin emigrant a les ciutats.
El problema d’aquesta atractiva visió del futur ideada pels científics és que, per a la majoria de nosaltres, té poc a veure amb la nostra experiència real del món construït. Tant si vivim a Berlín com a Xangai, Riu o Milwaukee, el més probable és que estiguem envoltats d’edificis el disseny ha variat escassament en els últims 100 anys i que fan servir tecnologies que amb prou feines s’han desenvolupat en els darrers 50 anys. La tecnologia més avançada que podem contemplar al nostre quefer diari es limita, en general, als pesats panells solars de silici cristal·lí i als aerogeneradors.
Però això podria estar a punt de canviar. I el catalitzador d’aquest canvi és una revolució silenciosa que s’ha anat desenvolupant en les sales de juntes de les grans empreses i en els laboratoris de les institucions acadèmiques. La gent està comprenent que, per molt que no faltin innovacions brillants en el sector del disseny d’edificis, la veritat és que no s’ha dedicat prou esforç a fer arribar aquestes noves tecnologies al mercat general. Comprendre aquest fet ha portat a algunes de les ments més prodigioses del món a dirigir la seva atenció no al pensament teòric sinó al repte tecnològic de produir a major escala. La qüestió és com aconseguir que aquestes tecnologies, a més de ser assequibles i rendibles, també puguin produir-se a una escala suficient perquè realment suposin un canvi real.
Gref Keeffe, professor d’Arquitectura Sostenible i responsable de recerca de la Queens University de Belfast (Irlanda del Nord) creu que els arquitectes i els dissenyadors poden aprendre de les tècniques de producció en massa que utilitzen els fabricants d’automòbils.
Segons afirma, la necessitat actual d’encaixar les cases en l’escàs espai urbà que ens queda lliure implica que cada edifici hagi de dissenyar-se de manera independent. Això, és clar, no permet de cap manera desenvolupar el tipus d’innovació que s’associa a la producció en massa.
“Si pensem en el tipus habitual de casa que pot tenir aparcat davant un Mercedes Classe E, veiem que és un edifici que, en comparació amb aquest cotxe, no és molt refinat”, explica el professor Keeffe. “Crec que necessitem un producte més industrialitzat, produït en massa però personalitzat, però de moment això està fora del nostre abast, perquè els edificis es dissenyen de manera molt diferent als cotxes. Si sumem totes les hores dedicades per diferents persones a dissenyar cada element d’un cotxe, tindrem una inversió de centenars d’anys, mentre que el temps dedicat a cada element d’un edifici és clarament inferior, perquè cada edifici és una entitat diferent “.
Dades clau: consum i eficiència energètica
– El 40% dels nostres recursos energètics …
són consumits pels edificis i emeten un terç dels gasos d’efecte hivernacle del planeta, una xifra que es preveu que ascendeixi a mesura que més poblacions consumidores d’energia vagin emigrant a les ciutats.
– 10 GW d’energia …
Els científics del projecte SPECIFIC calculen que, només amb que el 10% de l’acer fabricat anualment pel soci del projecte Tata Steel comptés amb el revestiment intel·ligent del col·lector solar transpirado, podria generar 10 GW d’energia o l’equivalent a la producció energètica anual de una central elèctrica nuclear.
Dels experiments de laboratori a la producció industrial
El Centre d’Enginyeria de Productes Sostenibles per Revestiments Industrials Funcionals i Innovadors (SPECIFIC, per les sigles en anglès), fundat recentment per abordar aquest repte concret, és un consorci industrial i acadèmic la tasca és reduir la bretxa entre innovació i producció. Inaugurat fa quatre anys, el projecte compta amb la direcció de la Universitat de Swansea, a Gal·les, i amb finançament dels governs gal·lès i britànic, a més de la procedent dels seus principals socis industrials: Tata Steel, NSG-Pilkington Glass i BASF.
L’objectiu d’SPECIFIC és convertir els edificis en les centrals elèctriques del futur. La seva intenció és actuar com a enllaç entre les universitats britàniques per explotar qualsevol avanç global punter relacionat amb els materials i el disseny de construcció que utilitzi revestiments intel·ligents que permetin que parets i sostres captin, emmagatzemin i emetin energia renovable. Treballant principalment amb acer i vidre, el projecte ja ha aconseguit espectaculars avenços que van camí de revolucionar, com a mínim, un sector de la indústria de la construcció.
Kevin Bygate és el director general del projecte SPECIFIC i encapçala un equip de més de 120 científics, tecnòlegs, enginyers i desenvolupadors empresarials de primer nivell, tots ells centrats en com traslladar la tecnologia actual a una major escala, convertint les innovacions generades a escala de laboratori en productes capaços de ser fabricats a gran escala.
“Moltes universitats i instituts de recerca aconsegueixen donar el primer pas, que és la invenció. El que significa això, per descriure-físicament, és que han creat alguna cosa de la mida d’una ungla i que en aquesta ungla hi ha un petit punt, de la mida d’una agulla, que fa alguna cosa interessant “, afirma Bygate. “En aquesta fase és on nosaltres assumim el comandament i intentem reproduir aquesta funció fent servir un material abundant i un procés que pugui ampliar-se a major escala. Així, utilitzem línies pilot per produir làmines d’un metre d’ample i després una línia de rodet que farà que el material sigui prou gran com per col·locar-lo en un edifici “.
Un d’aquests productes és el col·lector solar transpirat, que és capaç d’absorbir una mitjana del 50% de l’energia solar que incideix en un edifici, i en bones condicions fins i tot el 75%. Els col·lectors solars transpirats s’instal·len com una capa d’acer microperforat addicional sobre una paret o teulada existents o nous, de manera que es crea una cavitat d’aire que es va escalfant entre la superfície de l’edifici i la capa de metall. L’aire calent s’extreu de la cavitat i s’introdueix a l’edifici, de manera que pot usar-se per satisfer les necessitats energètiques immediates de l’edifici o bé emmagatzemar per a més endavant.
Pintura solar
Durant anys, els científics han predit la creació d’una pintura fotovoltaica assequible que podria usar-se en les cases per captar l’energia solar, encara que la realitat és que encara han de passar molts anys abans que aquest producte arribi al mercat. No obstant això, la tasca realitzada per la doctora Trisha Andrew, professora adjunta de Química a la Universitat de Wisconsin-Madison, ens ha fet avançar un pas més.
Els dispositius fotovoltaics orgànics que poden incorporar-se a un tint existeixen des dels anys 90. Fabricats a partir de materials com el carboni, l’hidrogen, el nitrogen i el sofre, aquests dispositius tenen l’avantatge que la seva producció és econòmica, però el desavantatge de ser poc eficaços i tenir una esperança de vida molt curta en comparació amb els materials amb base de silici.
Fa un parell d’anys, Andrew i els seus companys van tenir el seu moment “eureka”. Per què no convertir això en una virtut i fabricar un material fotovoltaic capaç de fer funcionar dispositius electrònics, però tan barat de produir que simplement es recambie cada vegada que es gasti?
El director associat i doctor en enginyeria Jan Wurm, responsable d’investigació d’Arup a Europa i contacte sobre la casa BIQ (amb coeficient de biointeligencia):
“El que mai abans ens havíem preguntat era com podíem fabricar aquests materials comercialment”, explica Andrew. “És una pregunta que totes les empreses farmacèutiques es realitzen diàriament. Estàvem seguint el mateix procés de síntesi química, de manera que el següent pas lògic era preguntar-nos quin seria l’efecte sobre el preu per watt pic de la seva síntesi química “.
En centrar en el procés de fabricació, Andrew va descobrir que ja havien trobat un producte comercialment viable, capaç de fer funcionar electrodomèstics amb energia solar. Amb un cost de producció de menys de 50 centaus de dòlars cada un, no faria res que les cèl·lules fotovoltaiques tinguessin una esperança de vida d’entre sis mesos i dos anys.
“Ara disposem d’una sèrie de resultats avançats molt prometedors sobre els quals hem creat una empresa emergent. Podem crear un panell solar sobre qualsevol cosa, fins i tot sobre paper. I això és una cosa que no pot fer-se amb el silici “, afirma Andrew. “Tant des del punt de vista científic com lògic, una pintura és una cosa assequible. Si la fase un funciona, es podrà fabricar aquesta pintura, però segurament no serà abans d’una dècada “.
Edificis de pell verda
Cada cert temps sorgeix una nova tecnologia que canvia la nostra forma d’entendre els edificis. Aquesta és just la repercussió que ha obtingut la primera casa amb “façana bioadaptativa”, presentada a l’Exposició Internacional de la Construcció de Hamburg. És una opció que obre oportunitats apassionants perquè arquitectes i dissenyadors superin les fronteres entre el món material i el biològic i, per tant, ens fa avançar una mica més cap a la visió d’una ciutat viva.
Coneguda com casa BIQ (amb coeficient de biointeligencia, per les seves sigles en alemany), és el resultat de la col·laboració entre un grup d’arquitectes i d’empreses d’enginyeria i disseny, entre els quals hi ha els assessors internacionals d’Arup.
El director associat i doctor en enginyeria Jan Wurm, responsable d’investigació d’Arup a Europa i contacte sobre la casa BIQ, descriu la nova tecnologia com “bioutilització”. “Estem creant microalgues per generar calor i biomassa, per la qual cosa es tracta d’un procés biològic igual que el del creixement de les plantes o els arbres. Tot té relació amb la fotosíntesi, només que aquí ho fem en un entorn controlat “, explica Wurm.
La casa BIQ presenta una façana, composta per façanes biorreactivas, que reté unes microalgues en aigua entre dues planxes de vidre. Exposades a la llum del sol, aquestes microalgues dupliquen la seva massa cada set hores gràcies a la fotosíntesi. Aquesta “pell” verd crea una ombra natural que refresca l’interior de l’edifici.
A més, les algues proporcionen a la casa dues possibles fonts d’energia. La primera és la calor solar tèrmic captat per l’aigua retinguda entre les planxes de vidre. Els raigs de sol escalfen l’aigua i, ja que aquesta conté algues verdes, s’escalfa abans que l’aigua neta. La calor pot extreure de l’aigua passant-la a través d’una sala de bombament i emmagatzemant-lo en el subsòl per a ús futur. La segona font d’energia procedeix de la recol·lecció de les pròpies algues. Per a això, es bomba oxigen a través d’un dispositiu central de flotació perquè les algues puguin recollir-se en la superfície. Aquestes algues també poden introduir-se en la planta de biomassa de l’edifici per crear metà com a font d’energia.
“És un sistema que reuneix diversos fluxos i cicles diferents, com el de l’aigua, el carboni, la calor i fins i tot el menjar, si es desitja. Així, pot generar-se una mena de simbiosi industrial “, explica Wurm. “Per exemple, si en les seves instal·lacions s’estan generant emissions de CO2, aquestes emissions poden captar-se i introduir-se en la façana”. És aquesta idea d’incorporar l’edifici als cicles naturals del seu entorn, juntament amb l’oportunitat de dissenyar una façana viva que canviï al llarg del dia, el que està entusiasmant als arquitectes.
“El que resulta interessant és la turbulència de les bombolles en pujar i també els canvis de color durant el dia i en cadascuna de les estacions. Pot usar-se vidre reflectant a la part posterior perquè les bombolles creïn un efecte de llum o imprimir entre capes, el que es vulgui “, afirma.
Està clar que no hi ha una única solució màgica per als nostres problemes energètics i la central elèctrica del futur haurà de ser una barreja de moltes tecnologies. La façana biorreactiva s’ha dissenyat per treballar en harmonia amb altres tècniques de transformació de l’energia.
Aquí és on Wurm parla de la ciutat interconnectada, la ciutat com a organisme en el qual les diferents tecnologies intercanvien i proporcionen una energia utilitzable en xarxes simbiòtiques. Aquí és on la ciutat viva comença a prendre forma i aquest és el motiu pel qual les façanes biorreactives estan generant tant interès.
Conservar la calor dins de l’edifici
Però, què passa amb els edificis ja existents? Si bé en un futur els col·lectors solars transpirados i la tercera generació de panells fotovoltaics podrien adaptar-se per realitzar modificacions retroactives (o retroinstalaciones) en edificis ja construïts, les façanes biorreactives no són el tipus de tecnologia que pot pegar-se sense més a la part davantera de qualsevol casa.
Un avanç punter que va dirigit al mercat de la retroinstal·lació domèstica és l’aïllament intel·ligent. L’objectiu principal aquí és augmentar l’eficiència tèrmica sense que perilli l’estètica. Durant dècades, BASF ha desenvolupat materials d’aïllament amb diferents característiques. En els últims set anys, ha estat treballant en un nou format de material aïllant, denominat SlentiteTM, que conté porus a escala nanomètrica.
Actualment està en fase de producció pilot. Es tracta d’un aerogel de poliuretà pur que posseeix la resistència necessària i proporciona un aïllament d’alta eficiència, tot i ser entre un 25% i un 50% més prim que un aïllament equivalent. La seva qualitat distintiva és la capacitat d’absorbir i emetre vapor d’aigua, de manera que regula la humitat de l’interior de l’edifici. “Considerem que la seva principal aplicació és tant la retroinstal·lació com la nova construcció, per aïllament interior i també l’exterior”, explica el doctor Marc Fricke, que dirigeix l’equip de BASF que va crear aquest nou material.
Les Torres Al Bahar
A Abu Dhabi, on regnen 1 sol i una calor intensos, mantenir els edificis frescos és la prioritat. Els dos edificis que s’han alçat més recentment en l’horitzó de la ciutat, les Torres Al Bahar, s’han inspirat en la Mashrabiya, una gelosia utilitzada en l’arquitectura islàmica per donar ombra. Les torres queden aïllades i es refresquen gràcies a una façana intel·ligent. La pantalla exterior de l’edifici està programada per respondre al moviment solar i proporcionar així ombra als seus ocupants.
Els que ho han vist han descrit l’efecte com un miler de para-sols que s’obren i es tanquen responent als moviments del sol. Amb la incorporació d’aquesta tecnologia de gelosia, els arquitectes de Aedas han acabat amb l’ús dels vidres foscos tintats, que tenen el desavantatge de reduir la quantitat de llum natural que entra a l’edifici. Aquestes torres bessones, de 25 pisos, requereixen menys aire condicionat i llum artificial que qualsevol espai d’oficines equivalent i, per tant, el consum energètic es redueix en un 50%.
Aconseguir electricitat a partir de l’aigua corrent
Els investigadors de la Universitat Nacional de Seül han desenvolupat un mètode per utilitzar el moviment de l’aigua com a font sostenible d’energia. La nova tècnica empra una característica dels materials dielèctrics, substàncies com la porcellana, el vidre o el plàstic, que són mals conductors de l’electricitat però que poden ajudar a sostenir un camp electrostàtic per generar energia.
Els científics sud-coreans han descobert que, si el material dielèctric es col·loca dins de l’aigua, es forma una capa elèctrica al voltant de la seva part externa. El que genera les càrregues elèctriques d’un elèctrode és la variació entre l’aigua i la capa dielèctrica. En col·laboració amb l’Institut de Tecnologia i Electrònica de Corea, l’equip ha adaptat un simple transductor dielèctric per acumular l’energia. Van descobrir que el moviment d’una sola gota d’aigua de 30 microlitres generava suficient electricitat com per encendre un LED verd. Aquest descobriment obre la possibilitat de generar energia a partir de les cisternes dels vàters i de l’aigua de pluja que cau dels edificis.
La Casa Passiva a la Xina
L’aïllament ha estat el factor que ha impulsat un dels avenços recents més significatius en habitatge sostenible: l’anomenada Casa Passiva. La Casa Passiva, un concepte alemany, proporciona una estructura hermètica amb un gran aïllament que pot reduir la pèrdua de calor fins al punt que s’aconsegueix arribar a la sensació de confort sense necessitat d’un sistema de calefacció.
Aquest concepte ha cridat l’atenció de Landsea Group, una de les majors empreses immobiliàries de la Xina, que a l’abril d’aquest any ha inaugurat la primera Casa Passiva del país, el projecte Bruck.
Construït en el comtat de Changxing, a la província de Zhejiang al sud de la Xina, una zona coneguda per les seves freds hiverns i uns estius extremadament calorosos i humits, el projecte Bruck és un lloc per als delegats que visiten el centre d’investigació proper on s’exposa el concepte de Casa passiva. Landsea creu que, si és capaç de demostrar que la Casa Passiva funciona al inhòspit clima de Changxing, llavors el concepte podria traslladar-se a altres parts de la Xina. “Aquestes tecnologies podrien tenir una àmplia aplicació a la Xina, però cal que triem el disseny i les tecnologies més idonis per a les condicions locals de cada zona climàtica”, explica Kai Zou, enginyer d’Enginyeria Civil i Sostenibilitat de Landsea.
Ara que el govern xinès ha posat més èmfasi en la necessitat de construir habitatges sostenibles, el sector de la construcció a la Xina està cada vegada més disposat a acollir noves idees per reduir el consum energètic. Landsea considera que ara és el moment oportú per a defensar la idea de la Casa Passiva en un dels majors mercats immobiliaris del món.
Façanes d’algues, pintures fotovoltaiques, parets i teulades intel·ligents, edificis vius que deixen enrere els recursos energètics convencionals … Pot ser que tot això soni massa futurista, però, si la nova generació d’emprenedors i acadèmics té èxit, aquestes tecnologies d’avantguarda apareixeran en els edificis on vivim abans del que pensem.
Per trobar més informació:
www.biq-wilhelmsburg.de
www.polyurethanes.basf.com
www.slentite.com
font: basf
