Materiale sustenabile si inteligente in domeniul constructiilor – inovatiile ultimilor ani (I)

Sectorul constructiilor evolueaza catre materiale mai sustenabile si inovatoare, pe fondul urgentei de a reduce amprenta de carbon si de a creste eficienta energetica a cladirilor. In ultimii 3–5 ani au aparut numeroase solutii noi – de la materiale ecologice (pe baza de resurse regenerabile) la materiale create prin nanotehnologie sau prin tehnologii inspirate din cercetarea spatiala, precum si o serie de materiale „inteligente” cu proprietati speciale (de autoregenerare, de memorare a formei, termocromice, cu functii de autocuratare etc.). De asemenea, companiile din intreaga lume au introdus materiale cu un ciclu de viata circular, reciclabile practic la infinit sau tipuri de beton inovator care stocheaza dioxidul de carbon (CO₂). In continuare, vom analiza pe rand aceste categorii, oferind exemple concrete de aplicatii (cladiri, proiecte, companii) si evidentiind tendintele globale recente.

A. MATERIALE ECOLOGICE INOVATOARE PENTRU CONSTRUCTII

O directie majora o reprezinta materialele ecologice, fabricate din resurse naturale regenerabile sau din deseuri agro-industriale. Acestea au avantajul de a stoca o cantitate de carbon in structura lor (fiind, in esenta, „biomasa solidificata”) si de a inlocui materiale conventionale cu amprenta mare de carbon precum cimentul, caramida sau otelul. In plus, multe astfel de materiale sunt non-toxice si asigura un mediu interior mai sanatos. Cateva exemple ar fi urmatoarele:

• Panouri prefabricate din paie – Un exemplu notabil este sistemul care foloseste paie comprimate in cadre de lemn pentru a realiza panouri de perete izolante. Aceste panouri sunt compuse in proportie de 98% din materiale naturale regenerabile si asigura un microclimat interior sanatos, fara emisii toxice. Paiele provin din deseuri agricole, ceea ce inseamna ca materialul inmagazineaza CO₂ pe toata durata utilizarii (carbonul absorbit de plante) si are un bilant de carbon pozitiv. De fapt, s-a calculat ca panourile de paie stocheaza aproximativ de doua ori mai mult CO₂ decat emisiile generate pentru transportul lor pe o distanta de 2.000 km, contribuind astfel pozitiv la impactul asupra climei. In plus, folosirea acestor panouri inlocuieste materialele traditionale cu emisii ridicate (precum betonul, caramida, polistirenul), reducand si mai mult impactul asupra mediului. Din punct de vedere comercial, astfel de panouri din paie au fost utilizate deja in peste 100 de cladiri in ultimii ani, inclusiv in Romania, demonstrand viabilitatea lor pentru case eficiente energetic (chiar standard Passivhaus) si durabile.

Sursa: https://ecococon.eu/ro/

• Panouri si caramizi din canepa, lemn, pluta – Alaturi de paie, alte materiale vegetale sunt valorificate in constructii. Canepa este folosita atat la pereti din hempcrete (canepa cu var) – un material usor, izolant si antifungic – cat si la panouri compozite (de ex. caramizi de canepa si var sau panouri termoizolante din fibre de canepa). Pluta (ex. placi de pluta expandata pentru izolatie termica) este un alt material natural redevenit popular – panourile de pluta pentru fatade sau acoperis ofera izolatie termica si fonica excelenta, fiind 100% naturale si recoltate sustenabil (din coaja stejarilor de pluta). Lemnul si produsele derivate (lemn lamelar, CLT – cross-laminated timber) continua sa fie pilonii constructiilor ecologice, cu numeroase cladiri multietajate din CLT aparute la nivel global in ultimii ani. Lemnul stocheaza carbon si permite constructii cu impact redus, iar variantele moderne (lamelari, panouri) au rezistente comparabile cu otelul sau betonul la greutati mult mai mici.
• Materiale pe baza de miceliu (fungi) – O inovatie de pionierat o constituie materialele de constructie obtinute din ciuperci. Miceliul (sistemul de filamente subtiri si ramificate care alcatuieste aparatul vegetativ al majoritatii ciupercilor) poate fi dezvoltat prin deseuri organice (rumegus, paie etc.), rezultand un material solid, usor si biodegradabil. De exemplu, diverse firme de startup cu misiune pentru inovatie au facut demonstratii de fabricare de panouri si placi izolatoare din miceliu ca alternativa ecologica pentru lemn, sau panouri compozite pe baza de miceliu destinate finisajelor interioare (placari de perete, mobilier), oferind durabilitate ridicata si estetica naturala. Miceliul poate fi folosit si ca miez pentru panouri termoizolante usoare (ex. un material tip spuma izolanta pe baza de miceliu, usor si cu performante termice bune). Desi aceste produse sunt inca emergente, ele reprezinta un pas spre practici regenerative in constructii – materialele pot fi cultivate, nu extrase, si sunt complet compostabile la finalul vietii.

Sursa: https://en.reset.org/mycelium-construction-material-benefit/

• Materiale din alge si alte resurse biologice neconventionale – Una dintre cele mai inovatoare directii in materialele ecologice este reprezentata de utilizarea ca materie prima pentru materiale de constructie. Algele cresc rapid, capteaza CO₂ in procesul de fotosinteza si nu concureaza cu lantul de productie alimentar (multe pot creste in apa sarata, nefiind necesare terenuri agricole). Aceste trasaturi le fac atractive ca resursa regenerabila pentru materiale neutre din punct de vedere al emisiilor.

Un startup american numit Prometheus Materials a atras atentia in 2023 prin dezvoltarea unor caramizi din microalge. Practic, microalgele sunt cultivate intensiv, apoi sunt combinate cu apa, CO₂ si un agent de legare pe baza de var pentru a produce un material similar ca structura cu calcarul (imitand modul in care coralii si scoicile precipita carbonat de calciu). Rezultatul este un biocompozit ce poate inlocui cimentul in blocuri de zidarie, avand amprenta de carbon mult redusa fata de betonul conventional. Acest material a intrat in faza de productie pilot, vizand piata blocurilor de constructie.

Sursa: https://prometheusmaterials.com/

O directie si mai futurista este dezvoltarea materialelor „vii” pe baza de alge sau cianobacterii. La University College London, echipa de cercetatori experimenteaza „materiale de constructie vii”, cum ar fi panourile din beton concepute sa fie colonizate de alge, licheni si muschi care pot ramane latenti in perioade uscate si reinvia la umiditate, acoperind peretele cu vegetatie si absorbind CO₂. Un fost student al universitatii a creat si panouri translucide cu cianobacterii vii inglobate, astfel incat acestea continua sa fotosintetizeze dupa instalare – absorb dioxid de carbon din aer si depun carbonat de calciu, intarind totodata panoul (un fel de „bio-beton” viu). Ideea este ca in viitor am putea avea fatade care traiesc si respira, captand carbon ca niste organisme – punand literalmente cladirile in continuitate cu natura.

Sursa: https://www.dezeen.com

In concluzie, folosirea algelor si a altor biomase neconventionale demonstreaza creativitatea inginerilor in cautarea de alternative sustenabile. Atuurile acestor materiale includ capacitatea de regenerare (algele permitand recoltari saptamanale), capacitatea de stocare a carbonului in material, biodegradabilitatea si, nu in ultimul rand, posibilitatea de a crea o estetica noua in arhitectura (culori, texturi organice distincte). In contextul crizei climatice, astfel de biomateriale ar putea juca un rol important, transformand cladirile din surse de emisii in elemente de stocare a carbonului si chiar micro-ecosisteme care lucreaza pentru mediu.

Interesul pentru biomateriale este global – de la proiecte de case din baloti de paie in Europa, la startup-uri ce produc caramizi sau panouri din microalge sau panouri din deseuri agricole. In ansamblu, materialele ecologice de acest tip ofera nu doar beneficii pentru mediu (stocarea carbonului, reducerea deseurilor, energie redusa pentru productie), ci si calitati tehnice tot mai competitive (izolatie termica/acustica imbunatatita, greutate redusa, compatibilitate cu standardele moderne etc.). Multe dintre acestea confera cladirilor un aspect vizual deosebit. Pe masura ce industria de profil se dezvolta, aceste solutii devin tot mai accesibile pe piata.

B. NANOTEHNOLOGIA IN MATERIALE DE CONSTRUCTII

Nanomaterialele si aditivii la scara nano au deschis calea spre materiale de constructie cu performante imbunatatite si proprietati noi. Prin integrarea de particule foarte mici la nivel nano in materiale traditionale, se obtine un grad marit de rezistenta, durabilitate sau functii suplimentare (de exemplu, cu functii de autocuratare sau betoane conductoare).

Un exemplu elocvent este betonul ranforsat cu grafen. Grafenul (foite atomice de carbon extrem de rezistente) actioneaza ca o nanoarmatura in matricea de ciment. Studii recente au aratat ca adaugarea unei doze infime de grafen (doar ~0,01–0,1% din masa) poate creste semnificativ rezistenta si durabilitatea betonului. Practic, betonul cu grafen adaugat poate fi de circa 2,5 ori mai rezistent si de 4 ori mai putin permeabil la apa comparativ cu betonul obisnuit, permitand realizarea aceleiasi performante structurale cu mult mai putin ciment. Pe langa grafen, nanosilicele sunt deja folosite ca aditiv pentru beton de mai multi ani, marind densitatea si compactitatea cimentului si, astfel, rezistenta si durabilitatea. Nanocompozitele pe baza de fibre de carbon sau nanotuburi de carbon sunt studiate pentru armarea polimerilor sau chiar a lemnului stratificat, obtinand materiale compozite mai rigide dar foarte usoare – utile in structuri complexe.

O alta aplicatie a nanotehnologiei este in finisaje functionale pentru suprafete de cladiri. Finisajele fotocatalitice pe baza de nanodioxid de titan (TiO₂) sunt deja folosite pentru a crea suprafete cu functii de autocuratare si antipoluare. Nanostraturile aplicate pe sticla fatadelor (de ex. straturile Low-E cu argint la scara nano) imbunatatesc performanta energetica a ferestrelor, reducand pierderile de caldura iarna si cresterile generate de radiatia solara vara.

Sursa: Milano Palazzo, Nemesi Studio

In concluzie, nanotehnologia ofera instrumente importante pentru a creste sustenabilitatea constructiilor: betoane mai rezistente cu mai putin liant (deci o amprenta scazuta de carbon), suprafete care isi pastreaza curatenia si purifica aerul, structuri mai usoare dar robuste, sau chiar beton inteligent (pentru monitorizare structurala continua). Desi unele solutii sunt inca in faza de cercetare, multe au trecut deja in practica comerciala in ultimii ani, pe masura ce costurile nanomaterialelor scad si beneficiile devin evidente.

(va urma)

BIBLIOGRAFIE

www.usgbc.org / Sustainability Database

Autor:

dr. arh. Laura GABUREANU (AMAIEI) – LEED AP BD+C, O+M, ID+C, ND | BREEAM NC Assessor | WELL AP | EDGE Expert | SITES AP | Fitwel Ambassador | Active Score AP | LCA Specialist

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 227 – august 2025, pag. 40-42