摩天木楼给地球降温

加拿大木材创新与设计中心采用全木结构，展示了木质高层建筑储存碳的能力。

照片来源:埃玛·彼得

加拿大古老的乔治王子伐木镇的一栋建筑引人注目。塔楼结构周围是光滑的玻璃外观，比周围的大多数建筑都要高。温暖的琥珀色的光像绿色的冷杉一样令人兴奋。这座8层30米高的建筑建于2014年，几乎全部使用木材，是世界上最高的现代木结构建筑之一。作为北不列颠哥伦比亚大学(UNBC)木材创新与设计中心的基地，它不仅是建筑的奇迹，也是未来木材建筑的孵化器和帮助应对全球变暖的先锋。

这座建筑属于不列颠哥伦比亚省*。它不像一个小木屋，而是更像一个多层蛋糕。它将模板粘合并堆叠在一起，在工厂进行精确的激光切割，然后在现场组装。UNBC通过避免使用能源密集型水泥和钢筋，总共释放了400多吨二氧化碳，该建筑还锁住了不列颠哥伦比亚省树木从大气中吸收的1100吨二氧化碳。总的来说，这足以抵消一年内160个家庭的碳排放。

木制建筑有着古老的根源，但是直到20年前，科学家、工程师和建筑师才开始意识到他们阻止全球变暖的潜力。康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的森林生态学家查德·奥利弗(Chad Oliver)的研究表明，建筑业可以通过对森林中的木材进行可持续管理，而不是使用混凝土和钢材，来抑制全球31%的碳排放。如果时机成熟，这种转变可以帮助人类从大气中捕获二氧化碳，从而逆转气候变化的进程。

"这是胶合板的奇迹."马萨诸塞州伍兹霍尔研究中心的生态学家克里斯托弗·施瓦姆说，“这可能是全球气候变化难题中的一个重要问题。”

木材工艺

14个世纪前，当日本斑鸠镇的佛教僧侣建造一座32米高的欣欣向荣的法律学习修道院时，他们没有想到钢铁和混凝土。就像中国山西应县的和尚一样，当他们在佛殿建造释迦牟尼塔时，他们对木结构充满信心。山西应县的木塔建于1056年，高出地面67米，高耸入云。

这些木塔今天仍然矗立着。它们是木质建筑强度和耐久性的证据。如果以千克计算，木头比钢和混凝土更坚固，木制建筑通常能更好地抵御地震。然而，在现代消防策略出现之前，由于伦敦、纽约和芝加哥的灾难性火灾，木质建筑的名声很差。

事实上，在发生火灾的情况下，木材比现代建筑规范中优选的不可燃材料更好地保持其结构完整性。它将以可预测的速度燃烧成碳，而不是像钢一样熔化或像混凝土一样变得脆弱。“它实际上比钢筋更能耐火，但这一事实可能需要很长时间人们才能意识到。”UNBC木材项目主任圭多·维默斯说。

根据一些观点，现代意义上的木质建筑始于20年前奥地利格拉茨科技大学的一个简单实验。研究人员将标准木板垂直粘合在一起，发现改变它们的纹理可以有效地改变任何木板的缺陷和弱点。其结果是“交叉复合木材”——这种结构强度大、重量轻，远远超过传统胶合板。它可以根据需要确定其尺寸，并在工厂进行亚毫米切割，从而加快施工速度并减少浪费。

Wimmers表示，这项技术的最初目标是更好地利用低级木制品。"木结构建筑行业正在逐渐消失，所以人们开始重新发明它."他说。后来，随着欧洲国家采用更严格的能效和温室气体排放法规，迫使建筑师减少设计建筑的气候足迹，先进木材技术的市场也相应扩大。威默斯推测，欧洲民用建筑中使用的木材从20世纪90年代的5%~10%增加到了25%左右。

追踪碳足迹

木质建筑的主要吸引力之一是它们有助于遏制全球变暖的潜力。奥利弗的研究表明，人类每年只能收获全球森林增长的20%左右，因此他们可以收获更多的木材，而不会减少森林中的碳总量。这种伐木对气候的最终影响取决于其最终用途。

如果碳被简单地燃烧以获得能量，在此之前被树木吸收的二氧化碳将直接排放到大气中。恢复森林最终会清除空气中的二氧化碳，所以碳中和木材能源的想法只是时间问题。

另一个争论点是，一些人认为欧洲现有的政策夸大了木材燃料对气候的好处，并导致砍伐树木的异常驱动力。但是这个论点不适用于木制建筑。"我们有实木这一事实意味着二氧化碳是从大气中释放出来的。"奥利弗说。

除了从木材中分离出碳，木结构还提供了进一步的节能减排。在研究人员计算了设计中心的环境影响后，他们解释了每种材料的加工和运输。总的来说，木结构建筑的碳排放量相当于同等规模混凝土建筑的12%，这主要是因为其中使用的化石能源不同。"当你比较木制建筑和混凝土建筑时，每一个木制建筑都是赢家."明尼苏达大学退休工程师吉姆·鲍耶说。

高层木质建筑的复兴已经开始。挪威在2015年底建造了一座52.8米的塔楼，创造了木结构建筑的世界纪录。然而，这一记录在2016年9月被温哥华不列颠哥伦比亚大学的53米宿舍打破。今年，位于奥地利维也纳的84米高的豪荷木制建筑将创下新的纪录，包括酒店、公寓和办公室。2016年，美国第一座木结构建筑在明尼苏达州的明尼阿波利斯建成，而波特兰、俄勒冈州和纽约的其他木结构建筑相继建成。

漫长的游戏

目前，木结构运动主要集中在欧洲和北美。鲍耶说，在美国，超过80%的房子已经是用木头建造的。然而，该国的木材工业目前只收获了森林年增长率的1/3，而且仍有潜力在不减少森林中固碳量的情况下，扩大中高层商业和工业结构中的木材建筑。

鲍耶正在领导一个由美国木材委员会召集的专家评估小组，该小组在弗吉尼亚州利斯堡发现，它每年可以将建筑中储存的碳量增加一倍，以抵消其他九个燃煤电厂的排放。相比之下，欧洲建筑商仍然主要依赖混凝土和钢筋:2010年芬兰*的一份报告估计，如果欧洲建筑每年多使用4%的木材，将会减少1.5亿吨碳排放，这几乎相当于荷兰一年的碳排放量。

为了在世界上产生真正的影响，这一运动必须扩大到发展中国家，因为这些国家的森林管理仍然面临挑战。由于伐木，热带雨林遭到掠夺，由于农业生产，热带雨林被夷为平地。詹姆斯·库克大学的热带雨林生态学家威廉·劳伦斯说:“我看到了所谓的木材产品领域的滥用，我对假设一个全面的解决方案持谨慎态度。”

奥利弗认为，如果与加强*治理齐头并进，推广木质建筑将有助于发展中国家建立真正保护森林的可持续产业。面临的挑战是确保被管理的森林具有一系列重要的生态系统功能，包括原始生境和森林清理。"这一切都应该提前计划，并确保透明度."奥利弗说，“这有点像乌托邦，但我们总是梦想。”

随着木结构建筑的成熟，它将面临最后的挑战:当一座建筑退役或被拆除时会发生什么？木材倡导者正在推动促进回收和其他碳中和选择的长期战略，但是木材倡导者和乔治王子的木材建筑商之一米歇尔·格林并不担心建筑的寿命。他说，如果保养得好，没有理由不像古代的佛塔那样长久。“我们需要在全球范围内进行这种对话。”格林说，“这是加速木质建筑与混凝土和钢筋建筑竞争的唯一希望，它们已经领先了150年。”

(冯编)

中国科学新闻(2017-06-27，第三版国际)

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