“竹”智多谋,竹资源可持续潜力无可限量
2022-01-13 08:27 星期四
作者:方恒博 责编:许若瑜
虽然创新解决方案是实现竹制品可持续的重要环节,但是物品的循环利用是每个人可以做到的实现可持续的最简单方式。

上月,美国马里兰大学(University of Maryland)电气与计算机工程名誉教授Herbert Rabin与材料创新中心主任Liangbing Hu领导的研究小组在著名学术期刊Nature子刊Nature Sustainability上发布了竹纤维领域新的研究成果,研究小组采用脱木质素过程(去除材料中木质素和半纤维素的过程)成功提取了竹子中高性能的粗纤维。

北得克萨斯州大学(University of North Texas)机械工程教授Sheldon Q. Shi表示,“这项研究中提出的技术为最大限度地利用天然竹子提供了一种革命性的方法。”参与研究的耶鲁大学环境学院工业生态学和可持续系统助理教授Yuan Yao亦表示,“它(提取材料新方式)具有巨大的发展潜力,通过这种丰富的可持续材料可以替代许多碳密集型材料,以实现对生态负责的未来”。

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提取竹子中高性能粗纤维的过程示意图
图片来源:min.news

美国结构设计公司Magnusson Klemencic Associates总裁Donald W. Davies表示,“没有任何一种建筑类型或材料能让我们摆脱气候危机和零碳排放挑战......当我们建造新东西时,我们需要让每种材料承担它最擅长的部分,创造每一个环节都优化的混合建筑解决方案”,在他看来,竹子可以成为建筑解决方案中的重要组成部分。实际上,竹子确实在不同领域扮演了重要角色。

竹子已成为重要“生活伴侣”

一直以来,人类设计了无数种方式以利用竹子的独特性为生活增色。美国市场研究公司Grand View Research对全球竹制品市场(2021-2028年)的分析与预测显示,2020年竹制品在全球的市场规模为532.8亿美元,从2021年至2028年将以5.7%的复合年增长率继续增长。

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图片来源:cemca.org

从个人用品、纺织材料到建筑材料,竹子已经进入生活和家庭的各个领域。可持续信息报道网站Treehugger编辑团队表示,竹子可用于替代各种纸张、木材甚至塑料,日常生活用的餐具、器皿,塑料制家居用品如牙刷、炊具等等都可以用竹子制成。关注可持续的非营利组织Free the Ocean联合创始人Mimi Ausland称竹制品往往比塑料制品更漂亮美观,是“设计与功能的完美结合”。 英国利用竹子制造纸巾、尿不湿、吸管等日用产品的品牌The Cheeky Panda在其官网介绍中表示,“通过使用竹子而不是树木有助于保护雨林。”

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The Cheeky Panda的竹制产品
图片来源:thegrocer.co.uk

时尚产业已将竹子纳入其原材料的一部分用于生产织物。亚麻布由竹纤维纺成线制成,另外部分较为柔软的竹制床单、服饰等来源于竹子制成的人造丝。英国《卫报》(The guardian)记者Rebecca Smithers表示,“时尚产业从业者声称它(竹子)比生长过程需要大量水浇灌的棉花更可持续,并且与丝绸不同,竹子是零残忍、纯素材料。”

在建筑领域,因为钢材、混凝土等材料会造成大量的温室气体排放,岩石和砾石等石材原始资源的开采会造成土壤退化,因此人们转而考虑竹子作为建筑材料。Rebecca Smithers称,竹子“因其多功能性和极高的强度而被称为‘绿色钢材’”,菲律宾建筑师Earl Forlales也表示,“菲律宾人用竹子作为建筑材料的历史已有数千年”。

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加拿大建筑师Elora Hardy在巴厘岛建造的竹制建筑
图片来源:edition.cnn.com©Tommaso Riva/IBUKU

在竹子生长茂盛的亚洲地区,竹子亦是常见的食物来源,不仅熊猫以食用竹子为生,竹笋也常见于亚洲菜肴中,因其低脂肪低热量,并且是纤维与钾元素的来源而广受喜爱。

竹子不止与生活食品、物品相关,也是艺术创作的原材料。以色列服装设计师、艺术家Anat Heifetz在菲律宾旅行期间受当地路边堆积的竹子启发,与当地艺术家合作进行竹子彩绘与雕刻工作,并随后受邀在马尼拉阿亚拉现代艺术博物馆进行竹子艺术作品个展。Anat Heifetz随后发现自己的彩绘竹子更像是织物设计图案,因此决定尝试将它们印在织物上,更以此为基础设计制作了一系列服装配饰。

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Anat Heifetz所作的竹子彩绘
图片来源:jpost.com

有可持续优势也有局限

竹子广泛应用于不同领域且被视为可持续材料取决于其本身的属性。作为植物,竹子生长迅速且可自然再生,与需要30年甚至更久才可以长成的树相比,竹子可以在三至四个月内长成,在一至五年内长至成熟状态,这意味着竹子可以快速收割并作为原材料使用。根据大英百科全书介绍,现存的竹子有1400多种不同种类,虽然目前这些竹子种类大多集中在中国及东南亚地区,但是实际上竹子的生长环境并不局限,除了亚洲,竹子还可以在非洲、澳大利亚、拉丁美洲及美国南部地区生长,在较冷的气候中竹子亦可以存活。

与此同时,竹子虽然根部较浅但是仍会在地下形成纤维网络,并与土壤相互作用从而改善土壤条件,在收获后,竹子仍可以顺着原有的根部重新生长而无需再进行种植,收割过程不会对土壤或者根部产生影响。对种植地区而言,竹子对土壤的改良作用可最大限度减少滑坡,弱化雨季及季风气候下自然灾害的影响。

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竹子根部结构
图片来源:bamboobotanicals.ca

另外,竹子不需要杀虫剂、除草剂等化学产品亦可健康生长,且其种植过程只需要消耗少量的水资源,即使在水资源不丰富的地区也可顽强生长。除了生长迅速的特点,可持续信息报道网站Treehugger编辑团队指出,“竹子吸收的二氧化碳是树木的两倍,产生的氧气也比多数植物及树木多30%”,从碳排放层面而言,竹子的广泛种植可以吸收大量二氧化碳并对气候环境有积极影响。判断是否为可持续材料的另一标准在于是否可以长期使用,美国有线电视新闻网(CNN)编辑Rebecca Cairns表示,“经过处理和设计,竹质结构住房可以屹立数十年”。

以其适应性、对当地土壤的友好性以及本身的长期使用性,竹子是非常适合的可持续材料,但也不是完美无缺。首先竹子的种植过程有负面效果,世界自然基金会英国分站材料专家Paula Chin表示,“种植竹子的地区并不像森林那样可以促进生物多样性,特别是在专门用于种植竹子的地区”。根据英国可持续生活方式网站Eco & Beyond作者Bethany Carter介绍,竹子经常作为单一作物种植,即某些地区为了种植竹子而去除了其他植物种类,“单一栽培给依赖多样化生态系统而获取营养和栖息地的真菌、细菌、昆虫及其他小型动物等带来了严峻的生存问题”。

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图片来源:bamboo-groove.com

其次,英国皇家艺术学院(Royal College of Art)材料科学研究中心客座教授Phil Purnell警示称,“用于制造竹纤维织物的一些成分并非来自于竹子本身”。就竹制人造丝而言,美国加利福尼亚大学戴维斯分校设计系主任Christina Cogdell解释称,其通常由粘胶工艺制成,工艺本身涉及将竹子溶解在化学溶液中以产生浆状粘性物质并纺成纤维,然后制成线和织物,整个过程涉及大量化学物质,且其中约50%的成分无法进行回收再利用。基于此,全球有机纺织品标准(Global Organic Textile Standard,由国际天然纺织品协会、日本有机棉协会、美国有机贸易协会、英国土壤协会组成的国际工作组共同制定发布,且受国际认可) 拒绝认证化学加工的竹粘胶纤维,称其“不能被视为天然纤维甚至有机纤维”。

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图片来源:shineorganicclothing.com

Bethany Carter还提出,虽然竹子可以在多个地方多种条件下生存,但是“目前大批量的竹子来源于中国”,这意味着多数国家的大部分竹制品都需要经过跨国运输,“不管竹子本身如何有益于环境,产品的运输距离会极大地影响其碳足迹”。

以创新解决方案完善可持续未来

Bethany Carter认为评价竹子的可持续性并不是“一个容易回答的问题”,与维护成本更高、生长时间更长的树木相比,竹子拥有天然的生长优势;与威胁众多海洋生物、破坏环境的塑料相比,竹子至少现在还没有对环境造成如此大的负担,多数竹子可以堆肥,但塑料永远不能堆肥。但是两者在生产过程中或多或少涉及有害化学物质,两害相权其实“没有赢家”。

竹子种植过程的单一性会影响生物多样性这一问题难以消弭,但是在加工方式上,众多科研人员已经研究出更可持续的方案以减少对环境的损害。就竹制人造丝而言,印度加尔各答大学黄麻和纤维技术专业研究人员科普称,莱赛尔(Lyocell)纺丝工艺已经成为较为成熟的环保纺织工艺,“莱赛尔”纤维取材于竹子捣碎后形成的浆粕,用于溶解竹子的溶剂可以在结束溶解流程后不断被回收并重复使用而不会成为织物的一部分,其回收率可达99.5%,因此经此流程生产的人造丝可称是环保材料。

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莱赛尔(Lyocell)纺丝工艺制成的床上用品
图片来源:earthhero.com

作为新型建筑材料,竹子以其柔韧性、抗震性、坚固性及轻便性而被作为钢筋混凝土的替代品广泛使用,但是实际上在现有的使用过程中,竹子仍需借助其他材料如钢或木制连接件才可以实现稳固效果,这些零件并不可持续。为了实现更少的建筑物碳排放,苏黎世联邦理工学院(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich)数字建筑技术研究团队通过3D打印技术打印了连接竹子所需的零部件以替代原有材料,同时打印技术也避免了零件运输所产生的碳排放。该团队通过工艺与现代技术相结合,打造了更可持续和高效的建筑系统,这项建筑研究于2021年在威尼斯建筑双年展中展出。

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图片来源:竹子与3D打印相结合的“数字竹子”(Digital Bamboo)建筑结构
图片来源:timespaceexistence.com©Federico Vespignani

为了更好地保证竹子成为塑料的可持续替代品,自2019年起,印度初创企业Bio Craft Innovation一直致力于推进生物工艺创新相关研究,并研制出了特别的竹基IBANSS颗粒。根据公司创始人兼首席执行官Anubhav Mittal介绍,“IBANSS颗粒由源自农业废弃物和竹子等非木材来源的纤维素制成......我们收集农业废弃物,在获取后将其转化为纤维素纤维。然后使用淀粉和添加剂将这些纤维转化为热塑性颗粒,使其可以在制作塑料的机器上加工”,将其制作成为碗、盘等餐具及其他容器,在其生命周期结束后完全可生物降解,无需任何昂贵的回收过程即可用于堆肥。

基于当地拥有丰富的竹子资源,种植面积超1500万公顷,为了应对疫情后对医疗防护用品的需求,Bio Craft Innovation还在尝试利用竹基IBANSS颗粒制造完全由生物聚合物制成的提供95%和99%防护的口罩,Anubhav Mittal此前宣布防护口罩很快便会推出。

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竹基IBANSS颗粒制成的容器及托盘
图片来源:indiablooms.com

虽然创新解决方案是实现竹制品可持续的重要环节,但是物品的循环利用是每个人可以做到的实现可持续的最简单方式。英国拉夫堡大学(Loughborough University)可持续设计研究小组Rhoda Trimingham博士称,“许多零售商已经用竹子代替了原先采用的一次性塑料餐具,但由于消费者认为产品是一次性的,它仍然很有可能被扔掉”,因此于消费者而言,“环保最重要的规则是减少使用、循环利用以及有效回收”。

题图来源:grove.co
图片来源于网络,版权归原作者所有。

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