【環保建築 ‧ 二】零排放興建 零耗能營運 木建築幫地球降溫?

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木造建築在全球掀起風潮,讀者不要低估箇中貢獻。2015年各國簽署《巴黎氣候協定》,所訂目標是防止地球升溫超過工業革命前溫度的2攝氏度—注意,這是避免升溫,而非爭取降溫。的確,為了減少溫室氣體的排放,當前許多綠能措施,諸如太陽能、風能、水能等等,皆有效做到「零排放」。然而,木造建築的突破性在於「負排放」,類似於碳捕獲與封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技術,兩者皆能在產業流程抽走和鎖住二氧化碳,但CCS所涉技術困難得多且成本高昂,木造建築則明顯是一條更理想、更適合人類發展的出路。

美國農業部便引述數據指,一棟四層高的木造建築,相當於拿走500輛汽油車的一年排放量。住友林業更指,W350 Project將可隔離十萬噸的二氧化碳。

撰文:李道

承接上文:

各國爭用木材起樓 防火防震又環保?

2015年12月12日,民間團體在埃菲爾鐵塔附近機會,要求各國政府能夠達成共識,簽署一份有力度應對危機的協議。(資料圖片/視覺中國)

不過,要達到這些成效的前提是確保樹木供應的可持續甚至「永續」— 「摘去樹木建出大廈」後,必須另外再種一棵樹。因此,建築用木材必須規範化,生產該木材的樹林和種植場須受到監管,而所用木材須獲得可持續認證。《經濟學人》在今年1月的報道還進一步指出,許多成熟森林的二氧化碳吸收量其實相對遜色;把成熟樹木拿去建屋(這裏不指原始森林),再以年輕樹木取而代之,對紓緩並扭轉溫室效應無疑效益更大。

木造建築尚有一個優勢,就是比鋼筋水泥隔熱保暖。畢竟,金屬傳熱(及傳冷)效能普遍較高;故此,即使是軟木窗框,其保暖效果已比同一厚度的鋼框優勝400倍,並較鋁框優勝1,000倍。在寒冷地區,保暖一直是重要的建築考量,也是一個重要的能源消耗源頭。根據國際原子能機構(IEA)的數據,單是發熱和燒水已佔全球能源相關碳排放逾2%。

2017年落成的加拿大溫哥華的學生宿舍Brock Commons Tallwood House有53米高。(The University of British Columbia)

鋼筋水泥 碳排問題亦嚴重

事實上,鋼筋水泥本身亦極不環保,再加上鐵材,這三樣構成工業類碳排放最多的來源。IEA數據便指,水泥生產每年高佔全球工業碳排放的7%,所涉二氧化碳多逾五億噸,排放量差不多等同水泥自身重量;而近半用作建築材料的鋼材,排放量也佔了工業排放的8%。

鋼作為一種合金,主要由鐵加上小量的碳煉成;過去十多廿年,雖然生產技術不斷改善,但碳排放問題依然嚴重。目前,近四分之三的鋼材均會在「直接還原鐵(direct-reduced iron, DRI)」的工業過程中釋放二氧化碳。相關煉鋼工序,已涉生產程序多達90%的碳排放。

世界鋼鐵協會(World Steel Association)的資料顯示,中國是2017年最大鋼材生產國,佔了全球產量的半壁江山,遠遠拋離歐盟(10%)、日本(6%)、印度(6%)、美國(5%)等等。中國為了鋼鐵生產,已耗用全國近三成的能源。現時,用煤煉鋼依然盛行,高近三成的全球用煤量均見諸於鋼鐵生產。在粗放式、小規模的產業形態下,中國產鋼過程所排放的二氧化碳就異常嚴重。此外,印度、俄羅斯、烏克蘭等的平爐煉鋼方式,污染程度亦不容低估。

IEA數據指,近半用作建築材料的鋼材,排放量佔了工業排放的8%。(資料圖片/視覺中國)

至於水泥,所面對的減排挑戰則更大,因為水泥生產規模一般比鋼材更小、更分散。IEA數據反映,在非金屬類的工業生產中,水泥便佔了70%至80%的碳排放。如果將水泥行業視為一個國家,它將是繼中國和美國後、贏過其餘所有國家的第三大碳排放源。近年大興土木的中國亦為目前最大的水泥生產國,生產量高佔全球的一半。排名第二的印度,也因為城市化和基建發展而大造水泥。

水泥生產需要煤渣,單是以1,400至1,600度的超高溫鍛燒煤渣,已涉整個工序多達六成的碳排放—注意,暫時仍不能夠用電產生如斯高溫,故許多時都要燃燒大量的煤或焦炭,這難免會釋出大量二氧化碳。

如何減少水泥生產的碳排放?方法不是沒有。一是前文提過的CCS,於水泥廠直接收集並儲存二氧化碳,或用生物燃料等製造高溫。但不問可知,相關措施的成本往往偏貴;二是研發煤渣替代品,這無疑是最直接、效益最高的辦法;不過,總部在倫敦的智庫Chatham House在比較過近4,500個專利後,直言沒料到「水泥的科技含量原來一直很高」,意味煤渣地位難以替代。

如果將水泥行業視為一個國家,它將是繼中國和美國後、贏過其餘所有國家的第三大碳排放源。(資料圖片/視覺中國)

誠然,地球上不乏所謂「新水泥(novel cement)」,但技術水準尚未突破質量和成本的難關。IEA的報告指,2014年煤渣佔全球水泥生產的比重雖降至六成五,但遺憾的是,不同地方的比率差異極大,例如中國是五成七,而美、歐、印都超過七成,整個歐亞大陸則為八成七。而且,報告還預料至2030年,煤渣比重只會微降到六成四,幅度可謂似有若無。Chatham House不諱言地說,要進一步降到六成的話,則業界要多採用40%煤渣替代品方能達成。IEA更推算,即使採納歐盟的「低碳路線圖」(low carbon roadmap)建議,計及各國已公布的減排措施與目標,2050年全球水泥生產仍將增加12%,當中二氧化碳排放量則會增加4%。

因此,以木材取代鋼筋水泥,將木材視為「新水泥」、「新鋼筋」,對環保而言絕對是未來一大方向。

木材比鋼筋水泥隔熱保暖,而且生產的過程中不會產生太多碳排放。(Artec AS)

零排放興建 零耗能運營

要全面打造綠色建築,除了建造過程,各地政府也開始關注大廈啟用後的運營碳排放。

從今年1月1日起,歐盟規定所有新的公營建築須符合「近零耗能」(nearly zero energy)標準,其他建築則料於2021年納入規管。另外,日本政府已表示希望在2020年跟隨,部分美國州份及加拿大省份亦料仿傚。顧名思義,「近零耗能」建築的意思是,建築物或其附近所產生的可再生能源或熱能足以抵消建築物自身的能源或發熱需求,毋須額外或只須少量的能源供給。簡言之,就是爭取做到能源上的「自給自足」。

事實上,現時不少建築的可再生能源產出,已較建築內的能源使用量高。挪威又是箇中領跑者,當地第一個「負耗能」建築、位於特隆赫姆(Trondheim)的辦公室Powerhouse,僅距北極圈350公里,保暖發熱需求因此較一般地方高,但受惠於保溫設計、天然採光,以及廣設太陽能電板等等,其發電量便足夠抵償用電量。

可是,《經濟學人》卻引述專家質疑「近零耗能」政策的有效性:一來規例只適用於新建築,而每年每100幢建築裏僅有一幢是重建新蓋;二來新標準亦未計算興建時的碳排放。文章還援引香港大學的研究指,一幅以植物覆蓋的綠化牆,其建造時的能源消耗便較一幅普通牆壁多三至六倍;三是所謂「近零耗能」建築未必如想像中低耗能,譬如建築物上的太陽能和風能裝置,其發電量往往未如預期,而避免用電或天然氣的燃木式熱水爐,更會釋出碳微粒和危險氣體。英國政府的研究發現,儘管有人聲稱透過閣樓保溫可減能耗20%,但實際上卻平均只能減少1.7%……

不過,最後的最後,「羅馬非一日建成」、「勿以善小而不為」,環保工作哪怕減少一點點的二氧化碳,都有助造福人類、造福眾生、造福地球。假以時日,當所有城市不再是「石屎森林」,而換成為一幢幢的木造建築,內裏還能切實做到「零耗能」甚至「負耗能」,則肯定有利防範地球進一步升溫,甚而爭取降溫!

環保,需要各方各面出一分力,不能忽視每一分力量!

上文節錄自第153期《香港01》周報(2019年3月11日)《返璞歸真 廣樹木屋 環保建築新時代》。

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