Pourquoi cette stratégie est-elle importante?

Le Groupe d'experts international sur l'évolution du climat (GIEC) a établi que rles réductions des émissions de carbone ne suffisent pas à elles seules à freiner les catastrophes climatiques. Par conséquent, il est crucial que nous puissions systématiquement réduire et stocker le carbone. Au cours des 30 prochaines années, le carbone incorporé, à savoir les émissions associées à l'approvisionnement, à la fabrication, à l'utilisation de la construction et à l'élimination des matériaux de construction, devrait représenter près de 50% de toutes les nouvelles émissions de carbone liées à la construction (Architecture2030). Lutter contre ces émissions à présent est critique car les émissions de carbone incorporé sont engagées dès la création d'un bâtiment et restent constantes tout au long de la vie d'un bâtiment.  

Une stratégie clé

Nous pouvons transformer les bâtiments d'une menace climatique existentielle (source d'émissions) en une solution climatique significative (puits d'émissions) en utilisant des matériaux biogéniques qui stockent le carbone et réduisent les émissions lors de la production de matériaux de construction. Les puits d'émissions sont essentiels pour parvenir à la décarbonisation d'ici 2030 car le carbone a une valeur temporelle; c'est l'impact du rabattement photosynthétique qui a le plus d'impact au début du processus de construction (voir figure 2). 

Un autre kCette stratégie peut être trouvée dans l'utilisation de matériaux de construction biogéniques à stockage de carbone rapidement renouvelables produits à partir de la biomasse (par exemple, résidus agricoles récoltés annuellement et fibres cultivées à cet effet). En effet, l'utilisation de matériaux biogéniques rend possible non seulement le rabattement photosynthétique initial, mais aussi le potentiel de positivité carbone à long terme. Les deux sont essentiels pour parvenir à la décarbonisation d'ici 2030, car la réalisation d'un tirage photosynthétique initial dans les premières étapes du processus de construction exerce le plus grand impact sur les émissions et le climat.

Quels sont les impacts plus larges?

Il est possible de catalyser la décarbonation des bâtiments en établissant un nouveau modèle socio-techno-économique qui favorise la construction à la biomasse. Matériaux de construction biogéniques fabriqués à partir de biomasse - résidus agricoles sous-utilisés (p. Ex. Balles de riz, paille de blé et cendre de bambou, tiges de tournesol, bagasse à sucre) et fibres cultivées à cet effet (p. Ex. Bambou, liège, chanvre, algues et algues) - ont le potentiel de créer de nouveaux produits de construction (Cantor et Manea, 2015; Liuzzi, S., 2017; Maraveas, C., 2020).

Building with these biogenic materials also has the promise to catalyze new manufacturing hubs, create jobs, provide training and education opportunities, and reduce the need for traditional, emissions-intensive disposal methods of waste fibers (e.g., incinerating, landfilling, composting). In addition, the carbon avoided and carbon stored in buildings represents a new asset class of carbon products for emerging carbon marketplaces. Taken together, these strategies are estimated to contribute to significant (> 1 gigatons of CO2 per year) reductions of total carbon emissions globally (Churkina, G., et al. 2020; Habert, G., et al. 2020; Frank, S., et al, 2018).

Ce travail propose qu'en jumelant les communautés où les matériaux biogéniques sont récoltés avec des entreprises (partenaires de l'industrie) où des services de fabrication et de construction sont fournis, nous pouvons réduire les émissions initiales dans l'industrie du bâtiment. Nous pouvons également réduire les émissions associées aux résidus agricoles sous-utilisés tout en catalysant de nouveaux marchés de carbone et de produits de construction et des économies fortes, produisant de multiples co-avantages.  

1.1 Contexte

À l'échelle mondiale, les secteurs du bâtiment et de la construction représentent près de 40% des émissions de dioxyde de carbone lors de la construction et de l'exploitation de bâtiments (y compris les impacts de la production d'électricité en amont) Les codes du bâtiment actuels traitent de l'énergie d'exploitation, mais négligent généralement les impacts «incorporés» dans les matériaux de construction et les produits de construction. En fait, lorsqu'ils sont agrégés entre les secteurs industriels, plus de la moitié de toutes les émissions de GES sont liées à la gestion des matières (y compris l'extraction et la fabrication de matériaux). À mesure que les opérations de construction deviennent plus efficaces, la gestion des impacts intrinsèques liés à la production et à l'installation des matériaux de construction devient de plus en plus importante.

Des réductions significatives du carbone incorporé peuvent être obtenues en utilisant des matériaux sur le marché aujourd'hui. Les matériaux de stockage du carbone, à la fois biosourcés (comme le bois massif) et minéraux (par exemple, les produits de béton émergents et le béton utilisant la technologie de capture et de stockage du carbone (CSC)), démontrent la faisabilité d'utiliser des matériaux de construction pour stocker le carbone. En effet, si la quantité de carbone stockée dans un bâtiment dépasse la quantité émise lors de l'extraction des matériaux, le bâtiment peut être considéré comme un «puits de carbone» (Churkina et al., 2020). Bien que de nombreux matériaux stockant le carbone soient disponibles sur le marché aujourd'hui, d'autres en sont encore aux premiers stades de développement et de déploiement et doivent être testés afin d'être acceptés sur le marché et à l'échelle d'utilisation.

Notre projet de recherche s'est concentré sur un bâtiment industriel léger. Cette typologie fournit un terrain d'essai unique pour les innovations dans les matériaux stockant du carbone en raison des exigences de performance uniques, des demandes d'énergie de fonctionnement élevées et de la durée de vie prévue de 15 ans de ces types de bâtiments. Étant donné les plans continus de l'industrie pour développer, construire et exploiter des campus industriels légers, nous pensons que notre question de recherche a de vastes implications et mérite:

Que faut-il pour dépasser les objectifs de neutralité carbone en stockant suffisamment de carbone dans les matériaux de construction pour que le bâtiment devienne un puits de carbone net?

En explorant les stratégies à la fois immédiates et émergentes pour la réduction et le stockage du carbone incorporé, nous avons testé notre question de recherche et développé une méthodologie et une feuille de route pour les matériaux à faible émission de carbone et stockant du carbone avec un potentiel d'impact large.

1.2 Vision du projet: conception de systèmes de matériaux stockant le carbone

Le Carbon Leadership Forum (CLF) a été embauché en tant que consultant en janvier 2020 par une société technologique américaine pour identifier les opportunités de substitutions de matériaux afin de promouvoir la décarbonisation de leurs bâtiments industriels légers dans leurs nouveaux projets de construction de centres technologiques.

Ces centres technologiques, en raison de leur taille, de leur prolifération rapide et de leur forte utilisation des ressources, possèdent une capacité unique à avoir un impact sur les échelles de construction et les centres de fabrication aux niveaux mondial, national, régional et communautaire. En tant que tel, le travail de ce projet utilise une approche «systèmes de système» (SoS), basée sur notre compréhension que les chercheurs, les professionnels de l'industrie, les entreprises, les marchés et les chaînes d'approvisionnement sont des composants de nombreux systèmes complexes et intégrés situés à l'échelle mondiale, au niveau régional et dans les communautés locales (voir la section 1.5 pour plus d'informations sur le SOS). La mesure du succès de ce projet de stockage du carbone était notre capacité collective à aider à informer et à guider les décisions et les actions dans la conception et la construction de ces campus, ce qui a potentiellement inspiré des milliers d'individus et d'entreprises du secteur à emboîter le pas en réduisant les émissions de carbone incarné dans les moyens les plus puissants et les plus percutants.

En utilisant une approche SoS pour la conception, la construction et l'exploitation, un campus de centre technologique peut servir de lien entre une communauté de bâtiments, l'innovation stratégique, etc. Il peut également tisser un tissu socio-techno-économique qui permet des réductions de carbone tout en catalysant de nouvelles industries manufacturières régionales à se joindre à la construction d'une communauté de bâtiments connectés au-delà du campus du centre technologique. En outre, l'utilisation accrue de nouveaux matériaux stockant le carbone peut encourager le développement de nouveaux outils, bases de données et méthodologies bancaires à l'échelle de l'industrie.

1.3 Valeurs du projet

Servant d'impératifs au projet, les valeurs suivantes ont guidé l'approche SoS du projet:

• Mener par l'exemple. Établissez de nouvelles normes perturbatrices du statu quo pour un impact commercial avec une portée mondiale en matière de carbone incorporé dans la conception de campus.
• Influencer la production de matériaux. Soutenir les pratiques de fabrication pour favoriser l'adoption par l'industrie.
• Adoptez une approche holistique. Concevoir et construire des systèmes complets d'approvisionnement en matériaux, en identifiant les co-bénéfices mutuels dans la communauté locale, l'environnement et l'économie.
• Soyez prêt pour l'avenir. Pensez à l'utilisation de technologies et d'infrastructures répondant à l'appel à l'innovation et à des solutions évolutives conçues pour un avenir technologique encore inconnu.

1.4 Objectifs et recommandations du projet

À partir de cet ensemble de quatre valeurs sous-jacentes, l'équipe a créé un indice de matériaux à faible teneur en carbone et stockant du carbone à considérer, vérifier et évaluer. L'indice des matériaux a examiné une gamme de produits comme base à partir de laquelle évaluer les opportunités et les défis à utiliser dans la conception de bâtiments. Cet index des matériaux (voir la section 7) a été affiné au cours du projet en objectifs spécifiques de recommandations dans les trois délais suivants:

• Remplacements immédiats 1 à 1 (délai d'un an). Ces recommandations visent à fournir réductions de carbone incorporé via des substitutions de matériaux largement disponibles, répondant à l'intention de la conception actuelle du bâtiment sans avoir besoin d'une refonte.
• Utilisation dans un proche avenir (délai de deux à trois ans). Ces recommandations visent à fournir des réductions significatives du carbone incorporé via des substitutions de matériaux biogéniques et des produits de carbone minéralisé disponibles sur le marché et peuvent nécessiter une refonte des composants sans modifier la géométrie de base ou la forme de la conception actuelle des bâtiments industriels légers.
• Avenir positif en carbone (délai de trois à cinq ans). Ces recommandations incluent des substitutions de matériaux biogènes et minéralisés qui ne sont pas encore largement disponibles. Certains de ces matériaux fonctionneraient avec la conception actuelle du bâtiment et ne nécessiteraient que la refonte des composants, mais d'autres nécessiteraient une refonte globale du bâtiment. L'avenir carbone positif comprend les matériaux actuellement en production à petite échelle ainsi que ceux à divers stades de recherche et développement. Ces opportunités de développement sont appelées opportunités de «saut quantique» car elles perturbent les pratiques de conception habituelles. Les options futures positives en carbone présentent des opportunités de progresser au-delà des réductions de carbone incorporées au niveau matériel vers les objectifs du projet tels que décrits dans l'approche système de systèmes décrite ci-dessous.

1.5 Approche système de systèmes

La mission de la CLF d'inspirer et de stimuler l'action collective pour résoudre le défi du carbone incarné comprend une pièce importante du puzzle du changement climatique qui peut être élargie grâce à une réflexion sur les systèmes de systèmes (SoS). Lorsque nous considérons les impacts plus larges des systèmes à plusieurs échelles (par exemple, à l'échelle communautaire, régionale, mondiale), un état d'esprit SoS envisage nos systèmes construits et naturels comme composés de fils entrelacés créant un tissu crucial pour des systèmes sains pour notre planète, nos communautés, et les industries du bâtiment. Lorsque nous tirons sur différents fils, une approche SoS révèle comment les matériaux à faible teneur en carbone et stockant du carbone, la fabrication, le bâtiment, les environnements humains et naturels sont connectés. Les intersections de ces fils offrent des points d'étincelle pour des stratégies innovantes.

Pour cette étude, l'équipe a envisagé le futur campus technologique comme un «hub» qui catalysera de nouvelles industries régionales de fabrication de produits afin de contribuer à la construction d'une communauté de bâtiments connectés à la fois à l'intérieur et au-delà des limites des opérations technologiques quotidiennes.

Adoptant une approche incrémentielle et séquentielle, l'équipe a d'abord cherché à cartographier les matériaux pour le remplacement immédiat et individuel des matériaux à forte intensité de carbone communs à toutes les régions et applicables aux installations des centres technologiques de base du monde entier. Ensuite, l'équipe a identifié des possibilités d'incorporer des matériaux régionaux appropriés pour remplacer les matériaux existants par de nouveaux matériaux de stockage du carbone selon les conditions socio-techno-économiques locales d'une région sélectionnée de l'Amérique du Nord. Puis, reconnaissant qu'un projet de campus technologique peut affecter les conditions socio-techno-économiques via des investissements dans des centres régionaux de fabrication de matériaux à faible émission de carbone et de stockage de carbone, nous avons cherché à identifier les impacts potentiels sur les marchés matures, émergents et inexistants. Par exemple, un partenariat avec des entreprises agricoles locales pour inclure des produits de «résidus agricoles» dans la fabrication de matériaux comme le béton de chanvre pourrait incorporer des fibres régionales appropriées trouvées dans les plants de tabac, de tournesol ou de riz dans les matériaux de construction.

Enfin, l'équipe a cherché à améliorer les possibilités de connecter les pratiques de recherche, de conception, de fabrication et de construction sur les matériaux à faible teneur en carbone et stockant du carbone aux communautés locales pour le logement, l'éducation et l'emploi. Les opportunités pour les communautés connectées comprennent (voir Figure 3):

• Conception pour la biophilie. Améliorer les communautés durables pour les humains et les non-humains grâce à la conception (p. Ex., Cultiver des matériaux à faible teneur en carbone sur place, favoriser la distribution de matériaux de stockage de carbone).
• Conception régénératrice. Utilisation de l'énergie renouvelable du quartier, du stockage d'énergie, de la collecte de l'eau et des matériaux renouvelables (p. Ex., Utiliser de l'énergie et de l'eau pour soutenir les communautés adjacentes).
• Conception pour la circularité. Assurer le potentiel de modularité et de réutilisation grâce à la préfabrication des composants et des assemblages de bâtiments et à leur réutilisation.
• Au-delà des limites du campus. Améliorer la technologie, l'éducation, les emplois et le logement pour soutenir l'économie locale et la formation de la main-d'œuvre.

[1] Voir la section 4 pour plus d'informations sur ces opportunités

2.1 Présentation de WBLCA

Une analyse complète du cycle de vie d'un bâtiment (WBLCA) d'un bâtiment industriel léger existant a été réalisée afin d'établir un référentiel pour un bâtiment prototypique. Cette analyse a été réalisée dans Tally, un outil ACV intégré à Revit (un logiciel de modélisation des informations du bâtiment (BIM)). Cet immeuble d'un étage est une installation d'environ 287 602 pieds carrés. Il s'agit d'un bâtiment métallique préfabriqué à ossature d'acier (PEMB) avec une fondation en béton. L'énergie opérationnelle n'a pas été évaluée.

La portée du bâtiment de la WBLCA comprenait:

• Éléments structurels, tels que poutres, poteaux et dalles
• Éléments d'enceinte, tels que murs, toits, finitions, imperméabilisation
• Murs intérieurs

La portée du bâtiment exclut:

• Éléments ou systèmes de matériaux constituant moins de 5% de la masse totale du bâtiment
• Systèmes mécaniques, électriques et de plomberie (MEP)
• Articles divers tels que l'équipement de stockage de données; éléments du paysage; systèmes de détection d'incendie et d'alarme; places de parking; améliorations du site; finitions sur les planchers et plafonds intérieurs; balustrades; et cloisons non structurelles.

Les étapes suivantes du cycle de vie ont été évaluées:

• A1: approvisionnement en matières premières
• A2: Transport (du site d'approvisionnement en matières premières au site de fabrication)
• A3: Fabrication
• A4: Transport (du site de fabrication au chantier)
• B2: Maintenance
• B3: Réparation
• B4: Remplacement
• B5: Remise à neuf
• C2: Transport (du chantier au site d'élimination des déchets)
• C3: Traitement des déchets
• C4: Élimination
• D: Avantages et charges au-delà des limites du système (par exemple, recyclage, récupération d'énergie)

2.4 Discussion

Les composants du bâtiment susceptibles d'être remplacés par des alternatives à faible émission de carbone et à stockage de carbone ont été identifiés et organisés selon trois horizons temporels de mise en œuvre: remplacements 1 pour 1 (réalisables dans un délai d'un an), remplacements dans un avenir proche (2-3 ans) ) et des stratégies innovantes permettant un avenir carbone positif (3-5 ans). Les réductions potentielles du carbone incorporé augmentent considérablement à chaque horizon temporel, avec un bilan net neutre ou même de stockage de carbone réalisable dans un délai de cinq ans:

• Remplacements 1 pour 1 → réductions 20% réalisables immédiatement
• Remplacements dans un proche avenir → 60% réductions réalisables en 2-3 ans
• Approche carbone positive → 100% de réduction réalisables en 3 à 5 ans

Les matériaux et stratégies de stockage du carbone recommandés se répartissent en cinq catégories distinctes, traitant les points chauds de carbone incorporé de la conception actuelle:

• Fondations en béton (semelles et dalles). La minimisation des éléments concrets et l'amélioration des spécifications du béton sont les facteurs les plus importants pour parvenir à des réductions d'émissions dans l'immédiat. Des réductions importantes sont possibles à court terme à mesure que les développements de la formulation concrète progressent, avec des opportunités de leadership dans l'adoption. Les granulats séquestrant le carbone et les matériaux cimentaire biogéniques offrent le potentiel de réduire l'empreinte carbone du béton à zéro d'ici cinq ans.
• Encadrement structurel. Le carbone incorporé de la charpente en acier actuelle de la conception du bâtiment peut être réduit par l'approvisionnement en acier consciencieux (par exemple, acier pour four à arc électrique ou réutilisation directe). Le passage à une charpente en bois lamellé-collé permet de réduire considérablement les émissions et, avec un approvisionnement approprié du bois, pourrait prêter un stockage de carbone substantiel au bâtiment.
• Enceinte du bâtiment. Les panneaux à isolation métallique (MIP) actuels avec des noyaux isolés en mousse ne peuvent être améliorés que de manière minimale par des décisions d'achat. Cependant, le passage à des panneaux à ossature de bois avec une isolation en cellulose avec des détails appropriés pour la protection contre les incendies permet de réaliser des réductions importantes et comporte un potentiel de stockage de carbone élevé. Les panneaux actuellement disponibles sur le marché avec une isolation en cellulose offrent des remplacements appropriés pour les PMI actuels à court terme. Les panneaux à ossature de bois pourraient être optimisés d'ici cinq ans pour être entièrement stockant du carbone, fabriqués à partir de bois ou de bambou certifié et d'isolant en fibres naturelles d'origine régionale, sur la base des panneaux actuellement produits en quantités limitées.
• Persiennes et écrans d'oiseaux. Les fabrications en aluminium sont actuellement utilisées dans la conception, avec des possibilités limitées de réduction des émissions via un approvisionnement responsable. Les matériaux bio-composites utilisant des fibres agricoles et des bio-résines offrent des remplacements potentiels d'ici 3 à 5 ans, un changement qui permettrait à cette partie du bâtiment d'atteindre zéro émission ou un stockage net de carbone.
• Fibres, terre et déchets spécialement cultivés. Dans tout le bâtiment, de nombreuses opportunités peuvent être trouvées pour utiliser des matériaux de construction basés sur des fibres naturelles, des sols et des flux de déchets appropriés au niveau régional, y compris les produits en feuilles, les revêtements de sol, les revêtements, les menuiseries, les panneaux intérieurs et les finitions. Tous ces choix contribueraient à accroître la capacité de stockage du carbone.

L'évaluation WBLCA et l'étude Bay Slice ont été menées par WSP Engineering à Tally et rapportées dans une note du 10 juin 2020.

3.1 Remplacement 1 pour 1

La recherche sur les matériaux a démontré qu'une simple substitution de matériaux selon des spécifications générales et des stratégies d'approvisionnement en matériaux à faible Réduction 20% dans le carbone incorporé par rapport au WBLCA de base (voir le tableau 3).

Les principales recommandations pour une mise en œuvre à court terme (immédiate) sont les suivantes:

• Fondations en béton (semelles et dalles). Minimisez l'utilisation de béton. Modifier les spécifications principales pour spécifier la résistance à la compression du béton à 56 (ou 90) jours; supprimer les limites du contenu SCM maximal 30% et spécifier le contenu SCM minimal 40% le cas échéant; spécifier les limites de teneur en ciment (vérifiable avec la soumission de la conception du mélange de béton et le ticket de lot) et / ou le carbone incorporé (vérifiable avec les EPD) par catégorie de résistance à la compression et par région; et encourager l'utilisation de ciments de type IL, qui sont maintenant largement disponibles.
• Fondations (mur d'enceinte). Malgré un impact relativement faible sur les émissions globales, le passage à l'utilisation de coffrages isolants biogéniques pour béton (par exemple, IsoSpan, Nexcem IsoSpan) permettrait un scénario dans lequel l'utilisation de mélanges de béton plus innovants nécessitant des temps de durcissement plus longs ne ralentirait pas le calendrier de construction car le coffrage est permanente.
• Systèmes structurels. Se procurer tout l'acier des installations de four électrique à arc (EAF) et / ou encourager la réutilisation directe le cas échéant.
• Panneaux de mur et de toit. Dans la conception actuelle, les panneaux de mur et de toit sont constitués de panneaux isolants métalliques (MIP) remplis de noyaux isolants en polystyrène extrudé (XPS) ou en mousse de polystyrène expansé (EPS). L'analyse a montré que non important la réduction des émissions pourrait être démontrée en remplaçant la laine minérale par l'isolation actuelle à base de mousse dans les PMI. Cependant, les fabricants peuvent être ouverts à la fourniture d'isolant cellulosique au lieu de panneaux de polystyrène extrudé (XPS) ou de mousse de polystyrène expansé (EPS) comme alternative.

3.2 Remplacement dans un proche avenir

Même avec les réductions 20% réalisables aujourd'hui grâce à des changements à court terme, les systèmes de construction resteront responsables de productions significatives de carbone. Les substitutions de matériaux et les stratégies à faible émission de carbone pouvant être mises en œuvre dans un proche avenir (2-3 ans) fournissent une feuille de route pour transformer les campus technologiques des plates-formes de bâtiments émettant du carbone en puits de carbone. Par exemple, le futur proche WBLCA n'intègre pas de sol / fondation en CLT (avec des détails appropriés) ou de persiennes biosourcées, mais ces éléments réduiraient davantage et considérablement l'empreinte carbone du bâtiment (voir le tableau 3).

Les principales recommandations pour un avenir proche (mise en œuvre sur 2 à 3 ans) sont les suivantes:

• Fondations en béton (semelles et dalles). Modifier les spécifications principales pour exiger les ciments de type IL et / ou LC3; explorer des partenariats potentiels avec des fabricants alternatifs de ciment / béton et d'agrégats et de charges de stockage de carbone; travailler avec les fournisseurs de béton pour accélérer leur transition vers des SCM naturels et plus durables; engager un fabricant / cabinet de conception de CLT pour la conception et l'analyse des fondations en CLT à la place du béton.
• Systèmes structurels. Remodeler le système structurel en acier pour accueillir un système structurel en bois d'ingénierie lamellé-collé (lamellé-collé) avec des considérations d'ignifugation appropriées.
• Panneaux de mur et de toit. Engager un fabricant de panneaux de murs et de toitures à ossature de bois / cellulose (p. Ex. Panneaux préfabriqués) pour établir les paramètres de conception et les options de finition appropriés; travailler avec le fabricant de panneaux pour s'approvisionner en produits de bois récoltés de manière durable pour les panneaux; travailler avec l'équipe de conception et le fabricant de panneaux pour s'assurer que les panneaux sont facilement démontables à la fin de la durée de vie du bâtiment; encourager le fabricant de panneaux à produire une EPD pour les panneaux.
• Persiennes et écrans d'oiseaux. Connectez-vous avec un fabricant de biofibres et de biorésine pour concevoir un système de persiennes et de moustiquaires approprié pour remplacer la version actuelle en aluminium; encourager le fabricant à produire une EPD pour le produit afin de quantifier les réductions d'émissions et le potentiel de stockage.

3.3 Avenir positif en carbone

Ces stratégies peuvent réduire les émissions d'au moins 60% (voir tableau 2), et potentiellement plus, selon la prise en compte du carbone biogénique.

Les stratégies clés pour un avenir carbone positif (mise en œuvre sur 3 à 5 ans) sont les suivantes:

• Matériaux à base de fibres. En général, les biofibres agricoles sont disponibles dans la région et très abondantes. Les fibres biologiques telles que le chanvre, la paille et d'autres résidus agricoles, ainsi que les algues, pourraient être utilisées comme éléments constitutifs de matériaux de construction solides et durables. Des technologies de preuve de concept et à petite échelle existent déjà pour transformer les biofibres en matériaux de construction. Ces technologies peuvent être mises à l'échelle et reproduites dans d'autres régions du monde.
• Matériaux terrestres. Semblables aux biofibres, les matériaux à base de terre abondent, tout comme les connaissances et le savoir-faire pratique pour construire des structures en terre solides, durables, isolantes et résistantes au feu. Il existe des opportunités pour (1) introduire des technologies de blocs de terre comprimée dans des régions où elles n'existent pas encore et (2) combiner des blocs de terre avec des renforts, des panneaux ou des matériaux isolants en biofibre pour créer des assemblages d'enveloppe de stockage de carbone haute performance.
• Matériaux spécialement conçus. La puissance et le potentiel de la photosynthèse rapide et les capacités uniques des organismes photosynthétiques peuvent être exploités dans la fabrication et la «croissance» de matériaux stockant le carbone. Les algues, par exemple, peuvent être utilisées pour créer des biocarburants et du biochar, ainsi qu'une multitude d'autres bioproduits fonctionnels, tels que des encres, des aliments, des charges minérales stockant du carbone pour le béton et d'autres matériaux de construction et finitions porteurs de carbone. Les algues (et la photosynthèse plus largement) pourraient ainsi servir de lien pour une communauté stockeuse de carbone.
• Matériaux de flux de déchets. Des mesures peuvent être prises pour empêcher les matières biogéniques des flux de déchets de renvoyer du carbone dans l'atmosphère. Les systèmes de recyclage municipaux et les sous-produits industriels régionaux peuvent souvent fournir des matières premières pour une grande variété de matériaux de construction. Ces matériaux sont actuellement produits dans de nombreux endroits et pourraient être encouragés à proximité des centres technologiques. Des partenariats de recherche et développement avec des entreprises explorant de nouveaux matériaux recyclés peuvent être encouragés.

Changement de paradigme vers un avenir carbone-positif

Une transition vers un avenir carbone positif peut être facilitée par un changement de paradigme dans les perspectives des campus technologiques en tant que centre des communautés stockant du carbone. Un pivot de ce type nécessitera des changements de conception qui vont au-delà des réductions d'émissions et favorisent des matériaux et des stratégies de stockage du carbone qui contribuent encore plus à atteindre les objectifs de neutralité carbone d'ici 2030. Alors que de plus en plus d'entreprises pivotent pour soutenir des stratégies mondiales illustrées par des stratégies existantes et émergentes industries régionales du monde entier, un changement de paradigme des réductions d'émissions de carbone vers des stratégies de stockage du carbone suivra, répondant à la fois aux valeurs et aux objectifs énoncés ci-dessous:

• Mener par l'exemple. Établir de nouvelles normes perturbatrices du statu quo pour un impact qui a une portée mondiale en ce qui concerne le stockage du carbone dans les pratiques de conception et de construction, à la fois sur les campus des centres technologiques et dans les communautés et industries locales.
• Influencer la production de matériaux. Soutenir les pratiques de fabrication pour favoriser l'adoption par l'industrie en mettant l'accent sur des plans stratégiques mondiaux pour promouvoir la production de nouveaux matériaux biogènes spécifiques à la région (par exemple, des fibres et des matériaux cultivés à dessein).
• Adoptez une approche holistique. Favoriser les communautés stockant du carbone qui incluent des co-bénéfices mutuels pour la population locale, l'environnement et l'économie. Ce modèle se concentre essentiellement sur l'importance de la réduction de la photosynthèse (carbone) et sur la promotion des co-bénéfices communautaires pour les nouvelles industries des matériaux biogéniques. Les exemples existants comprennent: des bâtiments à énergie flexible liés à un réseau intelligent, des relations de chauffage et de refroidissement urbains avec une communauté locale, axés sur le transport en commun et le développement reliant le transport au logement, les zones d'opportunités économiques associant les produits de résidus agricoles à la fabrication de matériaux, et l'éducation et la formation de la main-d'œuvre partenariats avec les universités locales. Ce rapport suggère qu'un centre technologique pourrait constituer la plaque tournante des communautés stockant du carbone.
• Soyez prêt pour l'avenir. Soyez un chef de file dans la future économie du carbone et un pionnier dans l'industrie éco-ag-tech. La conception pour la préfabrication, la modularité, la circularité et la réutilisation permettra une flexibilité future.

Limitations et futures applications

Limites. Cette étude n'a pas examiné en profondeur les changements potentiels concernant: les codes du bâtiment, les assemblages de matériaux en ce qui concerne l'humidité, l'humidité et la température, la conception architecturale, l'ingénierie structurelle, l'estimation des coûts et les calendriers ou spécifications de construction.

Applications futures. Nous prévoyons qu'il y aura plusieurs prochaines étapes notables dans le développement de matériaux stockant le carbone, notamment:

• Révisions du code
  • Identifier les barrières du code et des normes à l'adoption de nouveaux matériaux
  • Participer au processus de développement de normes et de codes pour prendre en charge les révisions
  • Soutenir les tests et la certification au besoin pour résoudre les problèmes tels que la résistance au feu / l'eau
• Matériaux pilotes
  • Engager des équipes d'architecture, d'ingénierie et de construction pour évaluer les matériaux en ce qui concerne les coûts, le calendrier, la sécurité des personnes, les codes du bâtiment, le feu, l'humidité et d'autres spécifications de performance, et la disponibilité des produits
  • Étudier des matériaux biogéniques nouveaux et innovants aux premiers stades de développement
• Bâtiments prototypes
  • Construire un prototype petit mais percutant, pas nécessairement un campus industriel
  • Envisager des projets de démonstration pour des logements abordables et des structures de centres communautaires
• Aborder les opportunités et les obstacles
  • Promouvoir les EPD pour les matériaux, les ACV, les politiques, les outils et les méthodologies
  • Offrir des incitatifs aux entreprises pour les nouveaux matériaux / la fabrication et l'éducation / les carrières
  • Élaborer des instruments d'enquête traitant des opportunités et des obstacles à l'adoption du marché, notamment: les valeurs environnementales, la conception, l'ingénierie, la fabrication et les pratiques de construction
  • Évaluer les opportunités de transformer le carbone évité et stocké en actifs carbone qui peuvent être vendus sur les marchés émergents du carbone pour les bâtiments
• Plaider pour la justice environnementale
  • Plaider pour la justice environnementale en ce qui concerne les impacts climatiques, les matériaux et la fabrication, l'accès aux opportunités économiques par le développement des affaires, l'éducation et la formation professionnelle
  • Approuver les matériaux stockant le carbone pour promouvoir des résultats sains pour les personnes, la prospérité et la planète