نانوتكنولوژی و ساختمان های سبز

مقدمه

طراحی، ساخت و بهره برداری از ساختمان ها بازار فروش قابل توجهی دارد. این بازار در ایالات متحده آمریکا در حدود 1 تریلیون دلار در سال است. در این بازار هنوز بوسیله ی نانوتكنولوژی لمس نشده است و نانوتكنولوژی در آن نفوذ نكرده است. تقاضا برای نانومواد در ایالات متحده ی آمریكا در سال 2006، كمتر از 20 میلیون دلار بوده است. به هر حال، بر طبق گزارشات انتشار یافته، این نشان داده شده است كه حركت صنعت ساختمان به سمت تولید ساختمان های سبز یك فرصت چند میلیارد دلاری برای محصولات بر پایه ی نانو ایجاد كرده است. برای معماران، مهندسین، توسعه دهندگان، پیمانكاران و صاحبان ساختمان ها، محصولات نانویی و نانومواد مزیت های محیطی قابل توجهی ایجاد می كنند و بوسیله ی این مواد، تقاضای روزافزون برای خانه های سبزتر و با قابلیت تحمل بالاتر، برطرف می شود.
نانوتكنولوژی كه در واقع دستكاری ماده در ابعاد مولكولی است، مواد و قابلیت های جدیدی برای صنایعی مانند الكترونیك، پزشكی، انرژی و هوانوردی ایجاد می كند. قابلیت ما برای طراحی مواد جدید از طریق رویه ی پایین به بالا نیز بر روی صنایع ساختمانی اثر گذار است. مواد و محصولات جدید بر پایه ی نانوتكنولوژی می تواند در ساخت عایق ها، پوشش ها و تكنولوژی خورشیدی، مورد استفاده قرار گیرد. كارهای آزمایشگاهی كه امروزه در حال انجام می باشد، در آینده ی نزدیك موجب پدید آمدن محصولات جدید خواهد شد.
در صنعت ساختمان، نانوتكنولوژی هم اكنون در زمینه ی تولید پنجره های خود تمیزشونده، بتن های جاذب مه دود (smog-eating concrete) و بسیاری از پیشرفت های دیگر وارد شده است. اما این مزیت ها و محصولات موجود در مقایسه با مباحث نانوتكنولوژی كه امروزه، در سطح آزمایشگاه ها مطرح شده است، ناچیز است. در این زمینه، كارهای تحقیقاتی در حال انجام مثلاً محققین بر روی دیوارهایی در حال كار هستند كه رنگ آنها با یك ضربه، تغییر می كند، نانوكامپوزیت های با ضخامتی نازك (در حد ضخامت شیشه) هنوز قادر به حمایت از كل ساختمان هستند و سطوح فوتوسنتز نمای هر ساختمانی را به یك منبع انرژی آزاد تبدیل كرده است. این تخمین انجام شده است كه در سال 2016، بازار نانومواد در آمریكا میزان 400 میلیون دلار فروش داشته باشد. این مقدار 20 برابر مقدار كنونی است.

خانه های سبز

ظهور دوران نانو در ساختمان سازی، در دوران مناسبی انجام نشد زیرا در دوره ی ظهور نانو در این صنعت، صنعت ساختمان سازی دوران سختی را می گذراند. خانه های سبز یكی از موضوعات اورژانسی در زمان ماست. سرویس های انرژی و گرمایش كه برای ساختمان های مسكونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، تقریباً 43 % از انتشار كربن دی اكسید در آمریكا را به خود اختصاص داده است. در كل جهان، ساختمان ها 30 تا 40 % از برق تولید شده در دنیا را مصرف می كنند. در ایالات متحده ی آمریكا، ضایعات حاصل از ساخت ساختمان 40 % از كل مواد دفن شده را به خود اختصاص می دهد. جنگل زدایی، تخریب خاك، آلودگی های محیط زیستی، اسیدی شدن، تخریب لایه ی اوزن، كاهش میزان سوخت های فسیلی، تغییرات در آب و هوا و ریسك های سلامتی، برخی از عوارض ساختمان سازی و عملیات های مربوطه می باشد. به طور واضح باید گفت: ساختمان ها نقش اساسی در وضعیت نامساعد محیط زیستی كنونی دارند.
اما همچنین ساختمان سازی فرصت قابل توجهی را برای بهبود كیفیت محیط زیست و سلامت انسان ها دارد. ساختمان های سبز یكی از تلاش ها به منظور كاهش میزان ضایعات، مواد سمی و میزان مصرف انرژی و منابع در ساختمان سازی است. پیشرفت در زمینه ی ساختمان های سبز به جایگاهی رسیده است كه امروزه در شهرهایی مانند شیكاكو و سیاتل، خانه های جدیدی با استاندارد های محیط زیستی بالا، ساخته شده اند. صاحبان خصوصی و عمومی خانه ها نیازمند این هستند كه ساختمان های جدید بتوانند معیارهای سخت گیرانه ای مانند معیارهای محیط زیستی و انرژی مربوط به ساختمان های سبز (LEED) را برطرف كنند. دستورالعمل انرژی برای ساختمان های اداری و مسكونی و استاندارد 90.1 ASHRAE پیشنهادهایی به منظور كاهش مصرف انرژی در ساختمان ها ارائه كرده اند. همچنین این دستورالعمل ها، بخشنامه های در مورد معیارهایی ارائه كرده اند كه برای ساخت ساختمان های جدید باید به آنها توجه كرد.
در سال 2007، این پیش بینی شده بود كه سهم خانه های سبز از تجارت 142 میلیارد دلاری بازار ساختمان به بیش از 12 میلیارد دلار برسد. و به دلیل اینكه صاحبان خانه ها، معماران و ساختمان سازان سرتاسر دنیا به طور فزاینده ای به این نوع خانه ها علاقه مند شده اند، یك افزایش قابل توجه در زمینه ی استفاده از این ساختمان ها ایجاد شده است. استفاده از این ساختمان ها موجب كاهش تخریب محیط زیست و كاهش ضایعات و انتشار گازهای گلخانه ای می شود. همچنین یكی از نتایج این استفاده، كاهش مصرف انرژی می باشد.
تغییرات آب و هوا مورد آنالیز قرار می گیرد و برنامه های جهانی در مورد كاهش اثرات ساختمان سازی بر روی این تغییرات در حال انجام می باشد. مثلاً یكی از این برنامه ها كه "مبارزه با تغییرات آب و هوایی در ایالات متحده ی آمریكا" نامیده می شود، بوسیله ی جامعه ی انرژی خورشیدی آمریكا در حال انجام می باشد. برای مثال این جامعه پیشنهاد كرده است كه برای كاهش انتشار دی اكسید كربن به میزان مناسب، باید 40 % در مصرف انرژی بخش ساختمان سازی، صرفه جویی شود. این میزان صرفه جویی در بخش حمل و نقل و صنعت هركدام به میزان 30 % باید انجام شود. با استفاده از طراحی های بهتر در پوشش ساختمان ها، استفاده ی بیشتر از نور روز و افزایش بازده در وسایل مورد استفاده در ساختمان سازی، مشكلات مربوط به تغییر در آب و هوا از بین می رود و میزان مصرف انرژی نیز كاهش می یابد.
متخصصین ساختمان های سبز در جستجوی توسعه ی پایدار این صنعت هستند. توسعه ای كه نیازهای كنونی را بدون به خطر انداختن قابلیت نسل های آینده به منظور برطرف شدن نیازهای خود (در زمینه ی طراحی، ساخت و كاركرد ساختمان ها)، برطرف كند. آنها می كوشند تا استفاده از منابع غیر قابل تجدید پذیری مانند زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و مواد معدنی را به حداقل برسانند و میزان تولید ضایعات و آلودگی ها را نیز به حداقل برساند. مصرف انرژی در ساختمان های سبز، یك مورد حیاتی است زیرا این مسئله هم موجب كاهش مصرف منابع و همچنین كاهش تولید ضایعات و آلودگی ها می شود.
اما برخی موانع سر راه تولید كنندگان خانه های سبز و رسیدن به این اهداف، وجود دارد. آموزش و اقتصاد، دو فاكتور حیاتی محسوب می شوند و تلاش ها در این زمینه برای آگاهی دادن به مشتریان و طراحان این ساختمان ها در حال انجام است. هزینه مربوط به ساخت ساختمان های سبز به طور نمونه وار 5 % بیشتر از هزینه ی ساخت ساختمان های انرژی بر قدیمی است ولی هزینه های دوره ای ساختمان های سبز، واقعاً پایین است. سیاست ها، مقررات و استانداردها نیز نقش مهی ایفا می كنند و این موارد در برخی نواحی، به سرعت تغییر می كند. با ایجاد این تغییرات، امكان سبزتر شدن خانه فراهم می آید.
اما برای اینكه صنعت ساختمان به پتانسیل بالقوه ی خود به عنوان رهبر توسعه ی پایدار دست یابد، مواد جدید واقعاً مورد نیاز می باشند.