Michael Pawlyn: Ứng dụng tài năng của thiên nhiên vào kiến trúc

Tôi xin được bắt đầu với một vài ví dụ ngắn. Đây là tuyến tơ ở bụng của một con nhện. Chúng sản sinh ra sáu loại tơ khác nhau rồi se thành một loại sợi, bền hơn bất cứ loại sợi nào con người từng tạo ra. Loại gần đây nhất chúng ta tạo ra là sợi aramit. Và việc làm ra được loại sợi này yêu cầu ở nhiệt độ và áp suất cực lớn, cùng với rất nhiều chất thải ô nhiễm. Nhưng con nhện tạo ra tơ ở nhiệt độ và áp suất thông thường, với nguyên liệu là ruồi chết và nước. Điều này cho thấy chúng ta cần phải học hỏi thêm. Con bọ này có thể phát hiện ra đám cháy cách đó 80 km. Xa gấp xấp xỉ 10,000 lần phạm vi của máy phát hiện đám cháy. Và hơn nữa, nó không cần có dây nối với một trạm điện sử dụng năng lượng hóa thạch.

Hai ví dụ trên cho chúng ta thấy phỏng sinh có thể đem lại điều gì. Nếu chúng ta có thể học cách tạo ra mọi thứ và làm mọi thứ theo cách thiên nhiên vận hành, chúng ta có thể tiết kiệm được gấp 10 lần, 100 lần, thậm chí 1000 lần năng lượng và các nguồn tài nguyên được sử dụng. Và nếu chúng ta muốn tạo ra sự tiến bộ bằng cuộc cách mạng lâu dài, tôi tin rằng cần phải mang lại ba sự thay đổi lớn. Thứ nhất là tăng cơ bản hiệu quả sử dụng tài nguyên. Thứ hai là chuyển đổi từ cách sử dụng tài nguyên một cách lãng phí, lâu dài và gây ô nhiễm sang mô hình vòng tròn khép kín. Và thứ ba là thay đổi từ nền kinh tế sử dụng năng lượng hóa thạch sang sử dụng năng lượng mặt trời. Và với ba sự thay đổi đó, tôi tin rằng phỏng sinh đưa ra cho chúng ta rất nhiều giải pháp cần thiết.

Bạn có thể xem thiên nhiên như một cuốn sách giới thiệu sản phẩm, và các sản phẩm đó đã được hưởng lợi từ một giai đoạn nghiên cứu và phát triển kéo dài 3,8 tỷ năm. Và ở mức độ đầu tư đó, việc sử dụng các sản phẩm đó rất có ý nghĩa. Vì vậy tôi sẽ nói về một số dự án khai thác ý tưởng này. Hãy bắt đầu với sự gia tăng cơ bản trong hiệu quả sử dụng tài nguyên. Khi chúng tôi tham gia Dự án Eden, chúng tôi phải dựng một nhà kính rất lớn ở một nơi mà không chỉ không hợp quy cách, mà còn liên tục biến đổi bởi nó vẫn đang được khai thác. Đây thực sự là một thử thách, và thực sự thì các ví dụ từ sinh học đã chỉ dẫn cho chúng tôi rất nhiều. Ví dụ như, bong bóng xà phòng cho chúng ta ý tưởng về hình dáng một tòa nhà không phụ thuộc vào số tầng. Nghiên cứu về các hạt phấn, động vật thủy sinh biển và các phân tử cac-bon giúp chúng ta phát minh ra các giải pháp cấu trúc hiệu quả nhất sử dụng hình lục giác và ngũ giác.

Bước tiếp theo là chúng tôi muốn tối đa hóa kích cỡ của những hình lục giác này. Để làm điều đó, chúng ta phải tìm ra một thứ thay thế cho thủy tinh, với kích cỡ đơn vị rất rất nhỏ. Và trong tự nhiên, có rất nhiều ví dụ về các cấu trúc rất hiệu quả dựa trên các màng điều áp. Vì thế chúng ta bắt đầu tìm hiểu về loại vật liệu gọi là ETFE này. Nó là một loại polime có độ bền cao. Những gì bạn cần làm là đặt 3 lớp vật liệu này với nhau, dính cạnh của chúng lại, và bơm lên. Điều tuyệt vời ở đây là bạn có thể làm cho nó to gấp xấp xỉ 7 lần kích cỡ của kính. Và trọng lượng của nó chỉ bằng 1% so với kính hai lớp. Đó là tiết kiệm 100 lần. Và vậy là chúng ta đã tham gia vào một vòng tròn tích cực trong đó một bước đột phá tạo điều kiện phát triển một thứ khác. Và với những cái gối lớn và nhẹ như thế, chúng ta chỉ cần sử dụng ít thép hơn nhiều. Với ít thép hơn, ánh mặt trời chiếu vào sẽ nhiều hơn, có nghĩa là chúng ta không cần bật máy sưởi nhiều trong mùa đông. Và với trọng lượng tổng thể nhẹ hơn trong cấu trúc thượng tầng, ta có thể tiết kiệm phần nền móng. Và cuối dự án, chúng tôi phát hiện ra rằng trọng lượng của cấu trúc thượng tầng còn nhẹ hơn trọng lượng của không khí bên trong tòa nhà.

Vì thế, tôi nghĩ Dự án Eden là một ví dụ khá tốt về ý tưởng sinh học làm tăng cơ bản hiệu quả sử dụng các tài nguyên – với chức năng tương tự, nhưng chỉ cần một phần nhỏ các nguồn lực đầu vào. Và thực sự thì có rất nhiều ví dụ trong thiên nhiên có thể gợi cho bạn các giải pháp tương tự. Ví dụ, bạn có thể phát triển kết cấu mái nhà siêu hiệu quả dựa trên hoa loa kèn nước khổng lồ ở Amazon, toàn bộ tòa nhà lấy cảm hứng từ vỏ bào ngư, những cái cầu siêu nhẹ lấy cảm hứng từ tế bào thực vật. Có một thế giới của vẻ đẹp và hiệu quả đang chờ chúng ta khai thác bằng công cụ thiết kế tự nhiên.

Giờ tôi muốn nói về ý tưởng biến chu trình thẳng thành một chu trình khép kín. Cách chúng ta sử dụng tài nguyên đó là bòn rút chúng, biến chúng thành các sản phẩm có vòng đời ngắn, rồi sau đó thải chúng đi. Thiên nhiên thì lại rất khác. Trong hệ sinh thái, chất thải hữu cơ trở thành dinh dưỡng cho những thứ khác trong hệ. Và hiện cũng đang có các dự án đang bắt chước hệ sinh thái. Một trong những dự án tôi thích là dự án ‘Bìa Các-tông dành cho Trứng Cá Muối’ của Graham Wiles. Trong khu vực của họ có rất nhiều cửa hiệu và nhà hàng thải ra thực phẩm, bìa cứng và nhựa, rồi đổ vào một bãi đất. Điều họ làm với các tấm bìa cứng bỏ đi thật sự rất thông minh. Và tôi sẽ nói về điều này qua hoạt họa sau.

Họ được trả tiền để thu thập rác từ các nhà hàng. Sau đó họ xé nhỏ bìa các tông và bán chúng cho các trung tâm đua ngựa để làm giường cho ngựa. Khi số bìa đó bẩn, họ lại được trả tiền để thu thập chúng. Họ đem chúng vào hệ thống làm sâu từ phân bón, sản sinh ra nhiều giun dùng để nuôi cá tầm Siberia, từ đó làm ra trứng cá muối bán lại cho các nhà hàng. Như thế một quá trình thẳng đã được biến thành một mô hình khép kín, và và tạo thêm giá trị cho quá trình này. Graham Wiles đang tiếp tục tăng thêm các yếu tố vào quá trình này, biến dòng chất thải trở thành một hệ thống sinh ra giá trị. Và giống như các hệ trong tự nhiên có xu hướng tăng sự đa dạng và độ bền bỉ theo thời gian, dự án này thực sự có ý nghĩa rằng số các khả năng sẽ tiếp tục tăng. Và tôi biết đó là một ví dụ quanh co, nhưng tôi nghĩ rằng hàm ý của nó khá cấp tiến, bởi nó gợi ý rằng chúng ta có thể biến một vấn đề lớn, vấn đề về chất thải, thành cơ hội.

Và đặc biệt, ở các thành phố, chúng ta có thể nhìn vào sự chuyển hóa toàn bộ của các thành phố, và xem đây như các cơ hội. Và đó là những gì chúng tôi sẽ thực hiện ở dự án mà tôi sẽ nói tiếp theo, với Dự án Mobius, chúng ta có thể cố gắng tổ chức các hoạt động cùng lúc, trong cùng một tòa nhà, nhờ đó, rác từ hoạt động này sẽ trở thành dinh dưỡng cho hoạt động khác. Và loại nhân tố tôi đang nói đến, trước tiên, là một nhà hàng nằm trong một nhà kính sản suất, hơi giống De Kas ở Amsterdam. Sau đó chúng tôi sẽ có một nồi nấu kỵ khí có thể xử lý mọi chất thải dễ bị thối rữa ở đây, biến chúng thành nhiệt lượng cho nhà kính và thành điện hòa vào lưới điện. Chúng ta sẽ có một hệ thống xử lý nước thải, biến nước thải thành nước sạch và tạo ra năng lượng từ các chất rắn, chỉ sử dụng cây và các vi sinh vật. Chúng ta sẽ có một trại cá với thức ăn từ chất thải thực vật từ nhà bếp, và giun từ phân bón và lại cung cấp cá ngược trở lại cho nhà hàng. Chúng ta cũng sẽ có một cửa hàng cà phê, và những hạt bỏ đi có thể được sử dụng làm lớp nền để nuôi nấm.

Vì thế, bạn có thể thấy rằng chúng tôi đang tạo ra một vòng tuần hoàn gồm thực phẩm, năng lượng và nước trong cùng một tòa nhà. Và để cho vui, chúng tôi đề nghị áp dụng mô hình này cho một cái bùng binh hiện đang là vật thừa thãi ở trung tâm Luân đôn. Một số quý vị có thể sẽ nhận ra nó. Và chỉ cần lên kế hoạch một chút, chúng ta có thể biến đổi một không gian dành riêng cho giao thông thành một không gian mở cho mọi người, kết nối con người bằng thực phẩm và biến rác thải thành các cơ hội trong chu trình khép kín.

Dự án cuối cùng tôi muốn nói đến là Dự án Rừng Sahara mà hiện nay chúng tôi đang thực hiện. Một số người ngồi đây có thể ngạc nhiên khi biết rằng các khu vực hiện đang là các sa mạc khá lớn chỉ một thời gian ngắn trước đây thực ra lại là rừng. Ví dụ, khi Julius Caesar đến Bắc Phi, một vùng rộng lớn ở Bắc phi bị các rừng cây tuyết tùng và cây bách che phủ. Và trong quá trình tiến hóa của sự sống trên trái đất, các loại cây tạo ra khí hậu ôn hòa ngày nay đã chiếm hữu dần đất đai. Và điều trái ngược đã xảy ra. Càng nhiều cây cối mất đi, vấn đề biến đổi khí hậu càng trầm trọng và làm sự sa mạc hóa càng trầm trọng hơn. Và hình hoạt họa này cho thấy hoạt động quang hợp diễn ra trong nhiều năm. Và những gì bạn có thể thấy là biên giới của các sa mạc chuyển dịch khá nhiều. Và nó đặt ra câu hỏi rằng liệu chúng ta có thể can thiệp làm sự dịch chuyển này dừng lại không, hay trái lại, lại làm trầm trọng hơn sự sa mạc hóa.

Và nếu nhìn vào các sinh vật tiến hóa để thích nghi với cuộc sống sa mạc, sẽ thấy một số ví dụ tuyệt vời về sự thích nghi với tình trạng khan hiếm nước. Đây là bọ cánh cứng Namibia, nó đã tiến hóa để có thể tự tìm được nước ngọt trong sa mạc, bằng cách ra ngoài vào ban đêm, bò lên đỉnh của một đụn cát, và bởi nó có một lớp vỏ ngoài đen xỉn, có thể tỏa nhiệt ra ngoài trời đêm và trở nên mát hơn so với xung quanh. Vì thế khi những cơn gió ẩm thổi từ ngoài biển vào, những giọt nước nhỏ sẽ đọng lại trên vỏ của nó. Trước khi mặt trời mọc, nó lật úp vỏ ngoài lên, và nước sẽ chảy vào miệng. Sau khi uống xong, nó đi vào hang và trốn suốt cả ngày. Và sự khéo léo đó, nếu bạn gọi như vậy, thậm chí còn hơn thế. Bởi nếu nhìn gần vào vỏ của con bọ, bạn sẽ thấy rất nhiều bướu nhỏ trên đó. Và những cái bướu đó có thể thấm nước: chúng thu hút nước. Giữa các bướu đó là một lớp vỏ sáp không thấm nước. Và tác dụng của nó là khi giọt nước bắt đầu hình thành trên vết bướu, bám chặt và có dạng giọt hình cầu, thì chúng sẽ cơ động hơn là đọng ở dạng màng trên toàn bộ vỏ ngoài của con bọ. Vì thế thậm chí khi chỉ có một lượng ẩm nhỏ trong không khí, nó vẫn có thể thu được nước hiệu quả và chuyển vào miệng mình. Đây là một ví dụ rất tuyệt vời về sự thích nghi với một môi trường rất hạn chế nguồn lực – và với ý nghĩa đó, nó rất liên quan tới các loại thách thức mà chúng ta sắp phải đối mặt trong vài năm hoặc vài thập kỷ tới.

Chúng tôi làm việc với người đã phát minh ra Nhà kính Nước biển. Đây là nhà kính thiết kế cho các vùng duyên hải khô cằn, phương cách hoạt động của nó là, do bao quanh bởi bức tường gắn thiết bị làm bay hơi, nên khi bạn đổ nước biển lên đó và gió thổi qua, nó sẽ làm tăng độ ẩm lên và trong quá trình đó sẽ được làm mát. Vì vậy, bên trong nó mát và ẩm, có nghĩa là cây trồng cần ít nước hơn. Và trở lại nhà kính, hơi ẩm tụ lại thành nước ngọt theo cách giống hệt như của chú bọ kia. Và thông qua Nhà kính nước biển đầu tiên được xây dựng, họ thấy rằng nó làm ra nhiều nước ngọt hơn một chút so với nhu cầu của các cây trồng bên trong. Vì thế họ bắt đầu mở rộng mô hình này trên các vùng đất quanh đấy. Và sự kết hợp giữa nhà kính và độ ẩm cao đã đem lại hiệu quả khá ấn tượng trong vùng. Bức ảnh này được chụp vào ngày hoàn thiện, và chỉ một năm sau, nó trông thế này. Nó giống như một vết mực màu xanh lá trải rộng từ tòa nhà, biến vùng đất khô cằn thành một vùng đất màu mỡ về mặt sinh học – và với ý nghĩa đó, nó đã vượt qua được mục đích thiết kế bảo vệ để đạt được mục đích phục hồi.

Vì thế, chúng tôi muốn mở rộng quy mô và ứng dụng ý tưởng phỏng sinh để tối đa hóa lợi ích. Và khi bạn nghĩ về thiên nhiên, bạn thường nghĩ về sự cạnh tranh. Nhưng thực tế thì trong một hệ sinh thái hoàn chỉnh, bạn chỉ có thể tìm thấy những ví dụ về các mối quan hệ cộng sinh. Vì thế một nguyên tắc phỏng sinh quan trọng là tìm cách cùng lúc ứng dụng các công nghệ trong các cụm cộng sinh. Và công nghệ lý tưởng mà chúng ta sử dụng cho Nhà kính Nước biển là tập trung vào năng lượng mặt trời, sử dụng gương thu năng lượng, tập trung vào nhiệt lượng của mặt trời để tạo ra điện. Và để cung cấp cho bạn ý tưởng về tiềm năng của CSP, coi rằng chúng ta đã thu được một năng lượng gấp 10,000 lần từ mặt trời mỗi năm khi sử dụng năng lượng dưới tất cả các dạng – 10,000 lần. Vì thế vấn đề năng lượng của chúng ta không hề khó khăn. Đó là một thử thách đối với tài nghệ của ta. Và dạng hợp lực mà tôi đang nói đến, trước hết, là các công nghệ có thể hoạt động tốt trong các sa mạc nắng nóng. CSP cần một nguồn cung nước sạch không chất khoáng. Đó chính xác là điều mà Nhà kính Nước biển tạo ra. CSP thải rất nhiều nhiệt lượng thừa. Có thể tận dụng tất cả nhiệt lượng đó để làm nhiều nước biển hơn nữa bay hơi và nâng cao các lợi ích phục hồi hơn nữa. Và cuối cùng, dưới bóng râm của những tấm gương, chúng ta có thể trồng tất cả các loại cây không thể mọc trực tiếp được dưới ánh mặt trời. Hệ thống đó trông như thế này. Ý tưởng ở đây là chúng ta tạo ra hàng rào dài của các nhà kính hướng ra gió. Chúng ta sẽ tập trung vào các nhà máy năng lượng mặt trời ở khoảng giữa lối đi.

Một số bạn có thể thắc mắc rằng chúng ta sẽ làm gì với lượng muối thừa kia. Và với phỏng sinh, nếu bạn có một tài nguyên không được sử dụng đúng mức, bạn sẽ không nghĩ rằng, “mình sẽ làm thế nào để bỏ cái đống này đi?”, mà bạn sẽ nghĩ, “mình có thể thêm vào hệ thống cái gì để tạo thêm giá trị?” Và hóa ra là những thứ khác nhau sẽ kết tinh ở các giai đoạn khác nhau. Khi bạn làm nước biển bay hơi, thứ đầu tiên kết tinh là canxi cacbonat. Nó đọng lại ở trên máy làm bay hơi – như hình minh họa bên trái – dần dần bị đóng cặn lại thành canxi cacbonat. Vì vậy, sau một lúc, chúng ta có thể lấy nó ra, sử dụng nó như một khối vật liệu xây dựng nhẹ. Và nếu bạn nghĩ về cac-bon có trong đó, nó có thể ra khỏi bầu khí quyển, ra biển và sau đó bị nhốt lại trong một sản phẩm xây dựng.

Tiếp theo là natri clorua. Bạn cũng có thể nén nó thành một tòa nhà, như họ đã làm ở đây. Đây là một khách sạn ở Bolivia. Và sau đó, có tất cả các loại hợp chất và các nguyên tố mà chúng ta có thể chiết xuất, như phốt phát, mà chúng ta cần phải đem bón cho đất ở sa mạc. Và đó có thể chỉ là vấn đề về các nguyên tố trong bảng tuần hoàn có trong nước biển. Vì vậy, chúng ta có thể chiết xuất các yếu tố có giá trị như pin liti để dùng cho pin hiệu suất cao. Và trong một số nơi thuộc vùng Vịnh Ả Rập, độ mặn của nước biển không ngừng nâng cao do việc xả nước muối thải từ các nhà máy khử muối. Điều đó đẩy hệ sinh thái tới gần sự sụp đổ. Giờ chúng ta sẽ có thể sử dụng tất cả chỗ nước muối thải. Chúng ta có thể làm nó bốc hơi để tăng cường các lợi ích phục hồi và lấy muối, biến một vấn đề chất thải khẩn cấp thành một cơ hội lớn. Thực sự Dự án Rừng Sahara là một mô hình cho chúng ta cách thức tạo ra thực phẩm không cacbon, dồi dào năng lượng tái tạo ở những nơi gặp vấn đề về nước trầm trọng nhất hành tinh cũng như ở các vùng bị sa mạc hóa.

Vì vậy, trở về với những thách thức lớn mà tôi đã đề cập ban đầu: tăng hiệu quả tài nguyên, chu trình khép kín và nền kinh tế năng lượng mặt trời. Chúng không chỉ khả thi, mà còn rất quan trọng. Và tôi tin chắc rằng việc nghiên cứu cách thiên nhiên giải quyết vấn đề của nó sẽ đưa ra rất nhiều giải pháp. Nhưng có lẽ trên hết, cách suy nghĩ này đem lại cho chúng ta một cách nói thực sự tích cực về thiết kế bền vững. Quá nhiều các cuộc nói chuyện về môi trường sử dụng ngôn ngữ rất tiêu cực. Nhưng ở đây đó là về sự phối hợp, sự phong phú và tối ưu hóa. Và đây là một điểm quan trọng.

Antoine de Saint-Exupery đã từng nói, “Nếu bạn muốn xây dựng một đội tàu, bạn không nên ngồi đó và nói về nghề mộc. Không, bạn cần nhen nhóm trong tâm hồn mọi người một ngọn lửa về các cuộc thám hiểm ở ngoài khơi xa.” Và đó là những gì chúng ta cần phải làm, vì vậy hãy nghĩ tích cực, và hãy làm cuộc đổi mới trở thành khoảng thời gian thú vị nhất từ trước tới nay.

Cảm ơn các bạn

(Tiếng vỗ tay)