Vật liệu sinh học – Xu hướng bền vững cho nội thất hiện đại

Vật liệu sinh học là gì?

Vật liệu sinh học có thể được định nghĩa là các vật liệu có nguồn gốc một phần hoặc toàn bộ từ sinh học (không bao gồm các vật liệu hóa thạch). Sau khi phục vụ hết khả năng của mình, chúng có thể phân hủy khi chúng kết thúc vòng đời, bao gồm: gỗ, giấy, nhựa sinh học hoặc các loài thực vật như tảo,… Chúng ngày càng được sử dụng phổ biến, mang lại lợi ích về sức khỏe, môi trường bên trong và bên ngoài công trình bao gồm khả năng làm mát tự nhiên, thoáng khí, thoát ẩm và giữ lại lượng carbon độc hại.

Những lo ngại về lượng khí thải carbon đang thúc đẩy sự phổ biến của vật liệu sinh học trong ngành thiết kế.

Vật liệu sinh học, có nguồn gốc từ tự nhiên, có ứng dụng rộng rãi trong kiến trúc và xây dựng dân dụng, phục vụ các mục đích khác nhau, từ các yếu tố kết cấu đến đồ nội thất và trang trí.

Trong kiến trúc nội thất, những vật liệu này vượt xa những lựa chọn mang tính thẩm mỹ đơn thuần, biểu thị cam kết sâu sắc hơn với thiên nhiên, cung cấp các kết cấu đa dạng và các mẫu tự nhiên mang đến cơ hội tạo ra những không gian đẹp mắt và có trách nhiệm với môi trường.

Từ góc độ môi trường, vật liệu sinh học là một lựa chọn hấp dẫn bởi vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học và lưu trữ carbon dioxide, giảm lượng khí thải carbon của một sản phẩm hoặc tòa nhà trong suốt vòng đời. Thực tế cho thấy những vật liệu này có thể hoạt động tốt, đôi khi tốt hơn so với các vật liệu thay thế kém bền vững.

Về mặt kỹ thuật, vật liệu sinh học là tất cả những vật liệu có nguồn gốc từ các nguyên tố hữu cơ có trong tự nhiên và tương thích với các hệ thống sinh học. Vì vậy, trước hết là các vật liệu có nguồn gốc sinh học, được sản xuất "từ vật chất sống có thể phân hủy sinh học" (thực vật, cây cối hoặc động vật), chẳng hạn như sợi tự nhiên (cellulose, cây gai dầu, vải lanh, len, v.v.) và các hợp chất của chúng; gỗ; và cả tất cả các polyme sinh học nhựa nhiệt dẻo thu được từ mía hoặc tinh bột ngô chẳng hạn như PLA.

Bên cạnh đó, các vật liệu được sản xuất sinh học, được tạo ra bởi các tế bào sống và vi sinh vật như vi khuẩn, nấm men hoặc sợi nấm (sợi thực vật của nấm), và cũng bao gồm một số polyme sinh học nhất định, chẳng hạn như polyester nhựa nhiệt dẻo thu được từ vi khuẩn thông qua quá trình lên men đường hoặc lipid.

Giải pháp thiết kế nội thất Net Zero

Trong bối cảnh của cuộc khủng hoảng môi trường đang diễn ra hiện nay, kinh tế sinh học đã đạt được các thành tựu quan trọng trên nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng và kiến trúc nội thất. Bởi vậy, các kiến trúc sư và nhà thiết kế ngày càng quan tâm đến vật liệu sinh học, qua đó, tạo ra những không gian không chỉ quyến rũ về mặt thị giác mà còn thể hiện ý thức, trách nhiệm về vấn đề môi trường.

Trong nhiều năm qua, vật liệu sinh học được coi là một lựa chọn 'lĩnh vực trái', nhưng giờ đây chúng đang dẫn đầu xu hướng. Các ngành công nghiệp đang chuyển hướng với các vật liệu làm từ chất thải thực phẩm, phụ phẩm sản xuất và nhựa biển, cũng như các giải pháp dựa trên thực vật, có nguồn gốc tự nhiên.

Trong đó, các thiết kế nội thất bền vững sử dụng các sản phẩm làm từ vật chất sống có thể phân hủy sinh học như nút chai, cây gai dầu và sợi nấm đang đóng một vai trò lớn trong việc chuyển sang các thiết kế nội thất Net Zero thân thiện với môi trường.

Trên khắp thế giới, số lượng đồ nội thất, vải và vật liệu được đưa vào bãi rác là vô cùng lớn với tốc độ phát triển đáng kinh ngạc. Để giải quyết vấn đề trên, nhiều nhà thiết kế đang tìm kiếm nguồn cảm hứng từ thiên nhiên, đồng thời tạo ra các giải pháp mới nhằm sử dụng các nguồn tài nguyên bị lãng quên, tham khảo các vật liệu truyền thống, bản địa nhằm khai thác sức mạnh của thiên nhiên theo cách hiện đại để có thể thay thế hoặc giảm bớt gánh nặng đối với các nguồn tài nguyên không thể tái tạo.

Ưu điểm của vật liệu sinh học là rất lớn, nhất là việc góp phần giảm phát thải carbon và bảo tồn được nguồn tài nguyên thiên nhiên trong quá trình sản xuất vật liệu và thi công xây dựng. Vật liệu sinh học bảo vệ môi trường triệt để và hiệu suất hơn vật liệu xanh.

Đặc biệt, những vật liệu này còn tạo thêm sự ấm cúng cho các dự án, thúc đẩy mối liên hệ chặt chẽ hơn với thiên nhiên. Bằng cách kết hợp vật liệu sinh học vào thiết kế nội thất, không gian có được cảm giác chân thực và ấm áp với thiên nhiên hơn.

Một số vật liệu sinh học phổ biến

Dưới đây là một số loại vật liệu sinh học thường được sử dụng trong kiến trúc, thiết kế và nội thất:

Gỗ

Gỗ là vật liệu tái tạo cung cấp giải pháp thay thế carbon thấp cho bê tông và thép. Do mô cấu trúc nhẹ, có khả năng gia công cao, chắc chắn nhưng linh hoạt, gỗ từ lâu đã được sử dụng để xây dựng đồ nội thất và sản phẩm cũng như những ngôi nhà nhỏ.

Những tiến bộ gần đây về gỗ kỹ thuật, còn được gọi là gỗ khối, đã cho phép vật liệu này được sử dụng ở quy mô lớn hơn, với việc Voll Arkitekter đã xây dựng tòa nhà gỗ cao nhất thế giới, một tòa tháp cao 53 mét ở Na Uy .

Trong thế giới thiết kế sản phẩm, Yves Béhar đã kết hợp mùn cưa trộn với nhựa cây để tạo ra đồ gia dụng có thể in 3D trong khi Carlo Ratti Associati thiết kế ý tưởng về bút đánh dấu có thể phân hủy được làm từ nhiều loại vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, bao gồm cả gỗ.

Cây tre

Mặc dù thường bị nhầm lẫn là một loại cây nhưng tre thực chất là một loại cỏ. Tre là loại thực vật phát triển nhanh nhất trên hành tinh, khiến nó có giá cả phải chăng, có khả năng tái tạo nhanh chóng và có khả năng cô lập một lượng lớn carbon.

Những thân cây của nó có khả năng tạo ra các cấu trúc nhẹ, linh hoạt có thể chống lại các thảm họa thiên nhiên như động đất và bão.

Studio kiến trúc Vin Varavarn đã sử dụng tre để xây dựng một trung tâm học tập nông nghiệp ở Thái Lan, trong khi thương hiệu điện tử âm nhạc House of Marley sử dụng nhà máy này để chế tạo tai nghe không dây (trong hình) là một giải pháp "thay thế thân thiện với môi trường" cho tai nghe bằng nhựa.

Chitin

Chitin là một chất dạng sợi tạo thành bộ xương ngoài của động vật giáp xác và một số côn trùng, cũng như thành tế bào của nấm.

Vật liệu này là polyme sinh học dồi dào thứ hai trên thế giới. Nhưng để sử dụng chitin, nó phải được chiết xuất hóa học trước khi chế biến thành vật liệu có thể sử dụng được.

Do quá trình chiết xuất khó khăn nên các loại chitin thương mại như chitosan thường đắt tiền. Để có những thay đổi phù hợp, bốn nhà thiết kế từ Đại học Nghệ thuật Hoàng gia và Đại học Hoàng gia đã phát triển một số máy chiết xuất và biến chitin thành nhựa sinh học.

Tảo

Tảo là tên gọi chung của một nhóm sinh vật quang hợp chủ yếu sống trong nước. Điều này bao gồm rong biển và tảo bẹ, là những nguồn cung cấp oxy quan trọng nhất trong nước, lưu trữ và cô lập nhiều carbon hơn thực vật trên cạn.

Tảo thường được xử lý thành polyme nhựa sinh học, sau đó có thể được sử dụng thay thế cho nhựa hóa thạch.

Vật liệu này cũng đã trở nên phổ biến trong ngành thời trang vì được sử dụng làm nhựa sinh học. Vào năm 2019, Charlotte McCurdy đã tạo ra áo mưa sử dụng polyme sinh học hoàn toàn có nguồn gốc từ tảo. Nhà thiết kế công nghiệp sau đó đã hợp tác với nhà thiết kế thời trang Philip Lim để tạo ra một chiếc váy phủ sequin nhựa sinh học từ tảo.

Tảo thực sự tiêu thụ và lưu trữ CO2 khi nó phát triển. Nhằm giảm lượng khí thải carbon của tòa nhà, các vật liệu được sản xuất từ ​​muối và tảo địa phương đã được sử dụng để làm gạch lát nội thất của Quỹ Luma của Pháp ở Arles, do Frank Gehry thiết kế. Điều này không chỉ làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon mà còn tạo ra vẻ ngoài tuyệt vời cho các thiết kế. 

Sợi nấm

Sợi nấm là bộ phận sinh dưỡng của nấm, được tạo thành từ các khối chồi phân nhánh, có ren gọi là sợi nấm mọc trong đất. Vật liệu này có thể hấp thụ chất thải nông nghiệp cấp thấp và cô lập carbon được lưu trữ trong sinh khối khi nó phát triển. Sợi nấm phát triển nhanh và có thể được trồng trong các lò phản ứng sinh học công nghiệp.

Sợi nấm là sản phẩm khá mới được sử dụng để làm đồ nội thất, chẳng hạn như chao đèn, bàn và đệm, dùng để trang trí cho nhà hàng không rác thải Silo ở London, phản ánh đặc tính bền vững của nhà hàng.

Trong lĩnh vực thời trang, mới đây, Hermès đã công bố hợp tác với MycoWorks - một công ty vật liệu sinh học, để tái thiết kế chiếc túi mua sắm Victoria bằng da sợi nấm.

Ngoài khả năng hấp thụ carbon, sợi nấm còn mềm mại một cách đáng ngạc nhiên khi chạm vào, tuy nhiên vẫn tạo ra sự chắc chắn và có khả năng phân hủy sinh học, do đó đây là sự thay thế tuyệt vời, thân thiện với môi trường cho các loại sợi truyền thống.

Nhựa sinh học

Nhựa sinh học là các polyme có nguồn gốc từ các nguồn sinh học và tái tạo, trái ngược với nhựa làm từ nhiên liệu hóa thạch.

Axit polylactic (PLA) là loại nhựa sinh học phổ biến nhất. Nó thường được làm bằng tinh bột ngô hoặc mía. PLA được sử dụng rộng rãi làm sợi nhựa có thể in được trong máy in 3D, trong đó sợi PLA được đưa qua máy in và tan chảy ở nhiệt độ cao để tạo ra chất dẻo được in thành dạng mong muốn.

Công ty thiết kế Đạn dược và đèn Gantri PLA in 3D để tạo ra đèn treo tường. Một ví dụ khác về các sản phẩm dựa trên PLA là Triplex phân hủy sinh học của Studio RYTE, được làm từ sợi lanh trộn với PLA.

Các loại nhựa sinh học khác bao gồm MarinaTex, một loại vật liệu sử dụng một lần được làm từ các thành phần chính bao gồm vảy và da cá, được thiết kế bởi nhà thiết kế người Anh Lucy Hughes.

Vải sơn

Vải sơn là vật liệu có khả năng phân hủy sinh học được làm từ các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật bao gồm dầu hạt lanh, nhựa thông, bụi bần và mùn cưa. Vật liệu này thường được sử dụng làm lớp phủ sàn do đặc tính bền và chịu lực của nó.

Vật liệu này lần đầu tiên được cấp bằng sáng chế vào năm 1860 khi nhà sản xuất cao su Fredrick Walton phát hiện ra sơn làm từ hạt lanh tạo thành một lớp màng cứng và dẻo trên bề mặt của nó. Hầu hết Linoleum ngày nay đều có nguồn gốc từ dầu hạt lanh, được chiết xuất từ ​​hạt lanh sau đó trộn với các vật liệu như nút chai và bụi gỗ.

Năm 2018, nhà thiết kế Don Kwaning đã phát triển Lino Leather từ một loạt thử nghiệm sử dụng vải sơn. Kwaning đã tạo ra hai chất liệu mô phỏng da có cấu trúc, độ dày và kết cấu khác nhau.

MSDS Studio đã bổ sung đồ nội thất bằng vải sơn lốm đốm vào nội thất của một cửa hàng hoa ở Toronto (ảnh). Các nhà thiết kế cho biết một hòn đảo lớn và quầy bán hàng được bọc trong vật liệu vì giá cả phải chăng và chất lượng khiêm tốn.

Rơm rạ

Rơm rạ là sản phẩm phụ của nông nghiệp bao gồm thân cây khô sau khi thu hoạch hạt. Vật liệu này thường được sử dụng trong xây dựng và cung cấp cho các ngôi nhà một dạng vật liệu cách nhiệt có thể tái tạo và phân hủy sinh học. LCA Architetti đã sử dụng rơm làm vật liệu cách nhiệt trong các bức tường của Ngôi nhà bằng Gỗ, Rơm và Nút chai.

Nút bần

Nút bần (nút đậy các chai rượu) được làm từ vỏ của cây gỗ sồi. Trong kiến ​​trúc, nút bần ở dạng khối rắn và được tái chế bằng cách nung nóng các hạt nút bần. Những nút bần sau khi được tái chế này sẽ dùng để làm các mảng tường ngôi nhà trông tự nhiên hơn. Bên cạnh đó, đây là vật liệu ưu việt với tính năng chống cháy, cách âm và chống thấm cực tốt được dùng cho cả nội thất và ngoại thất.

Theo các kiến ​​trúc sư, việc sử dụng vật liệu từ nút bần sẽ làm giảm lượng carbon cho nhà ở, vì nó hấp thụ nhiều carbon hơn lượng thải ra trong quá trình xây dựng.

Raffia

Raffia có nguồn gốc từ cây cọ raffia và là một loại sợi có độ bền đáng kinh ngạc, với ưu điểm là có thể tái tạo và phân hủy sinh học. Raffia được biết đến nhiều hơn với công dụng là dệt vải, đồ nội thất, giỏ và mũ hoặc kết hợp với gỗ để tạo ra những sản phẩm lớn hơn.

Kết cấu và đặc tính tự nhiên của raffia mang lại cảm giác mềm mại, nhiệt đới cho các dự án. Và nó sẽ trông tuyệt vời hơn khi được kết hợp với cây cối để hoàn thiện vẻ ngoài của công trình.