Future Materials:10 นวัตกรรมวัสดุก่อสร้าง – จุดเปลี่ยนอนาคต

ขอเริ่มต้นด้วยคำถามว่า คุณคิดว่าในอนาคตอันใกล้นี้ อะไรคือวัสดุสร้างบ้านเรือนที่อยู่อาศัย หนึ่งในปัจจัยสี่ของเรา แทนที่วัสดุที่มีอยู่เดิมซึ่งสร้างผลกระทบต่อธรรมชาติไม่จบสิ้น วันนี้ Toolmakers จะพาคุณไปทำความรู้จักวัสดุเหล่านั้นกันจริง ๆ ที่ไม่ใช่เรื่องเพ้อฝัน และเชื่อว่าในอนาคตอันใกล้ ‘บ้าน’ ของเราอาจถูกสร้างด้วยวัสดุเหล่านี้

What are the latest modern construction materials?

ไม่แปลกหากจะบอกว่า นี่คือการปฏิวัติที่ทุกคนรอคอยและต่างพากันคาดการณ์ไว้มากมาย แน่นอนว่าในโลกของการก่อสร้างก็ถูกแรงกระเพื่อมนี้สั่นคลอนวงการ ด้วยนวัตกรรมด้านวัสดุที่พัฒนาไปอย่างน่าตื่นตะลึง แน่นอนว่า เวลานี้เรามีทั้งโดรน, VR, AR, BIM, project management และอื่นๆ อีกมากมาย แต่มันไม่ได้หยุดอยู่แค่นี้! นักวิจัยและสถาบันต่าง ๆ กำลังนำพาเทคโนโลยีไปสู่อีกระดับ กล่าวได้ว่าพัฒนาการของคอนกรีตและวัสดุก่อสร้างอื่น ๆ กำลังเป็นไปอย่าง… ผ่าน 3 คำที่นึกออก คือ เข้มข้น ไม่มีใครยอมใคร ไปจนถึงเกรี้ยวกราด แต่ทั้งหมดทั้งมวลน่าชื่นชมตรงที่ทุกสิ่งแฝงไว้ด้วยเจตนาดีต่อโลก สภาวะแวดล้อม เจตนามุ่งลดขยะและมลพิษ หากมันแผ่ขยายการใช้งานออกไปในวงกว้างทุกระดับชั้นเชื่อว่า โลกคงน่าอยู่ขึ้นอีกมากมาย

ต้องขอบคุณอุตสาหกรรมการก่อสร้างที่ทำให้เราได้รับคำตอบอันน่าเชื่อถือต่อคำถามสุดฮอทที่ว่าวัสดุก่อสร้างที่ทันสมัยน่าจะมีหน้าตาอย่างไรในอนาคตอันใกล้นี้

มาดูกันว่า 10 วัสดุก่อสร้างที่เป็นนวัตกรรมสามารถปฏิวัติภาคการก่อสร้างได้มีอะไรบ้าง

1. ไม้โปร่งแสง (Translucent Wood)

ตอนนี้เรามีไม้โปร่งแสงที่สามารถใช้ในการพัฒนารูปแบบของหน้าต่างและแผงโซลาร์เซลล์ ไม้ชนิดนี้ทำมาจากเยื่อบุในแผ่นไม้อัดไม้ จากนั้นเมื่อผ่านกระบวนการในระดับนาโน (nanoscale tailoring) ผลก็คือไม้โปร่งแสงที่สามารถใช้งานได้หลากหลายในอุตสาหกรรมก่อสร้าง

ในฐานะที่เป็นทรัพยากรราคาถูกมากจึงเป็นประโยชน์กับโครงการต่างๆ โดยเฉพาะในเรื่องของการลดต้นทุนทรัพยากร

นวัตกรรมนี้เกิดขึ้นที่ KTH Royal Institute of Technology โดยศาสตราจารย์ Lars Berglund บอกว่า ไม้โปร่งใสเป็นทรัพยากรที่มีต้นทุนต่ำพร้อมใช้งานและทดแทนได้ สามารถผลิตได้จำนวนมากและใช้ในเชิงพาณิชย์ได้

2. อิฐเย็น (Cooling System in Bricks)

นักศึกษาจาก Institute of Advanced Architecture of Catalonia  เป็นผู้คิดค้นและสร้างวัสดุใหม่ชนิดนี้ขึ้นจากการผสมผสานดินเหนียวและไฮโดรเจล ซึ่งส่งผลต่อการให้ความเย็นสำหรับการตกแต่งภายในอาคาร

สิ่งที่เรียกว่า Hydroceramics – ไฮโดรเซรามิกส์มีความสามารถในการลดอุณหภูมิในร่มได้ถึง 6 องศาเซลเซียส

ความเย็นที่ว่านี้มาจากไฮโดรเจลที่อยู่ในโครงสร้างของอิฐซึ่งดูดซับน้ำได้ถึง 500 เท่าของน้ำหนัก น้ำที่ถูกดูดซับไว้จะถูกปล่อยออกมาเพื่อลดอุณหภูมิในช่วงวันที่อากาศร้อนจัด

การผสมผสานระบบทำความเย็นที่เป็นนวัตกรรมใหม่ในโครงสร้างอาคารปัจจุบัน ทำให้ Hydroceramics เป็นหนึ่งในวัสดุก่อสร้างที่ยอดเยี่ยมที่สุดในการปฏิวัติวงการก่อสร้างอย่างไม่ต้องสงสัย ในอนาคตอันใกล้หากนวัตกรรมนี้ก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น เป็นไปได้ว่าอาจทำให้เครื่องปรับอากาศในบ้านล้าสมัยไปเลย และอิฐเย็นก็จะกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญอีกหนึ่งสิ่งในรายการวัสดุที่จำเป็นสำหรับการสร้างบ้าน

3. อิฐจากก้นบุหรี่ (Cigarette Butts to Make Bricks)

มีวัสดุหลากหลายมากมายที่จำเป็นสำหรับการสร้างบ้าน แต่ใครจะคาดคิดว่าก้นบุหรี่จะเป็นหนึ่งในจำนวนวัสดุเหล่านั้น!

ในแต่ละปี การผลิตบุหรี่ 6 ล้านมวน มีก้นบุหรี่เกิดขึ้น 1.2 ล้านตัน ไม่ต้องพูดถึงว่ามันส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร ทั้งจากสารประกอบเป็นพิษต่างๆ เช่น สารหนู โครเมียม นิกเกิลและแคดเมียมที่จะซึมซาบลงสู่ดินและเป็นอันตรายต่อธรรมชาติ

เพื่อลดผลกระทบของก้นบุหรี่ต่อสิ่งแวดล้อมนักวิจัยของ RMIT ได้พัฒนาอิฐที่มีน้ำหนักเบาและประหยัดพลังงานมากขึ้นเพราะทำมาจากก้นบุหรี่ กล่าวโดยสรุปก็คือการใช้ประโยชน์จากขยะในลักษณะที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ดร. Abbas Mohajerani นักวิจัยชั้นนำของโครงการพร้อมกับทีมของเขาค้นพบว่า การเติมก้นบุหรี่ลงไปในการผสมอิฐดินเผาแม้เพียงแค่ 1% ก็ทำให้พวกเขาได้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมในการช่วยกำจัดมลพิษจากสิ่งแวดล้อม

งานวิจัยนี้ไม่เพียงช่วยลดของเสีย แต่อิฐที่เกิดขึ้นยังเบากว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าในการผลิต

งานนี้สอนว่าอย่าประมาทขยะชิ้นเล็กๆ อย่างก้นบุหรี่

4. คอนกรีตดาวอังคาร (Martian Concrete)

ในที่สุดก็สำเร็จ! ตอนนี้เรามีคอนกรีตที่สามารถใช้ในการก่อสร้างสิ่งปลูกสร้างในดาวอังคารได้แล้ว เพราะทีมวิจัยที่ Northwestern University ได้สร้างคอนกรีตที่ทำด้วยวัสดุที่มีอยู่บนดาวอังคาร!

คอนกรีตชนิดใหม่นี้ไม่ต้องการน้ำเป็นส่วนประกอบในการขึ้นรูป เพราะไม่มีน้ำบนดาวอังคาร ประโยชน์ของมันในข้อนี้นับว่าสำคัญยิ่ง เพราะทำให้นวัตกรรมนี้เป็นประโยชน์อย่างแท้จริงสำหรับการพัฒนาโครงสร้างบนดาวอังคาร

ในการทำคอนกรีตบนดาวอังคารนั้น กำมะถันจะถูกทำให้ร้อนที่ระดับ 240 องศาเซลเซียสซึ่งมันก็จะหลอมละลายเป็นของเหลว ดินบนดาวอังคารนั้นทำหน้าที่เป็นส่วนผสมหลัก และเมื่อมันเย็นตัวลงเราก็จะได้คอนกรีตดาวอังคาร! ตามที่ทีมวิจัยระบุว่าอัตราส่วนของดินบนดาวอังคารและกำมะถันจะต้องอยู่ที่ 1: 1 เท่านั้นนะคะ

5. ซีเมนต์เรืองแสง (Light Generating Cement)

ดร. José Carlos Rubio Ávalos จาก UMSNH แห่ง Morelia ได้สร้างซีเมนต์ที่มีความสามารถในการดูดซับและฉายแสง ด้วยซีเมนต์ที่สามารถสร้างแสงในตัวเองชนิดใหม่นี้จะช่วยให้เกิดศักยภาพในการใช้งานและแอปพลิเคชันของมันในระดับยิ่งใหญ่

อุตสาหกรรมการก่อสร้างกำลังพัฒนาและหนึ่งในแนวโน้มหลักก็คือการก้าวไปสู่การสร้างโครงสร้างที่ใช้ทรัพยากรและพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้นความหมายของซีเมนต์ที่ทำหน้าที่เหมือนเป็น ‘หลอดไฟ’ จึงกว้างมาก เราสามารถใช้มันในสระว่ายน้ำ ที่จอดรถ สัญญาณด้านความปลอดภัยทางถนน และอื่นๆ อีกมากมาย

วิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลัง: ทำงานผ่านกระบวนการควบแน่นที่เรียกว่า polycondensation ของวัตถุดิบเช่น ทรายแม่น้ำ, ขยะอุตสาหกรรม, ซิลิกา, น้ำและด่าง (alkali) กระบวนการนี้ทำที่อุณหภูมิห้องซึ่งทำให้มีการใช้พลังงานต่ำ

กล่าวได้ว่า ในระยะสั้นๆ ตอนนี้เรามีซีเมนต์อัจฉริยะ!

6. เส้นใย CABKOMA (The CABKOMA Strand Rod)

ห้องปฏิบัติการ Komatsu Seiten Fabric Laboratory ตั้งอยู่ในญี่ปุ่นได้สร้างวัสดุใหม่ที่เรียกว่า CABKOMA Strand Rod ทำมาจากวัสดุชื่อยาวเหยียดที่เรียกว่า คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์เทอร์โมพลาสติก – thermoplastic carbon fiber composite สาระสำคัญก็คือ มันคือวัสดุที่เป็นเส้นใยช่วยในการเสริมโครงสร้างอาคารต่อแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวที่มีน้ำหนักเบาที่สุดและกำลังเป็นที่นิยมอย่างมาก

เส้นใย CABKOMA Strand Rod หนึ่งเส้นที่มีความยาว 160 เมตรมีน้ำหนักเพียง 12 กก. เบากว่าถึง 5 เท่าเมื่อเทียบกับแท่งโลหะ! ส่วนมูลค่าของวัสดุชนิดนี้สามารถหาดูได้ที่สำนักงานใหญ่ของ Komatsu Seiten ซึ่งมีการใช้ strand ชนิดนี้ในโครงสร้างทั้งหมด

7.เฟอร์นิเจอร์แบบชีวภาพ (Biologically Produced Furniture)

อีกหนึ่งนวัตกรรมที่งดงามมากในอุตสาหกรรมก่อสร้างก็คือ การคิดค้นเฟอร์นิเจอร์ที่ทำมาจากพลาสติกชีวภาพ หรือ Bioplastic  นวัตกรรมนี้เกิดจากความพยายามร่วมกันของ Terreform One และ Genspace

จนถึงตอนนี้มีเฟอร์นิเจอร์สองชิ้นที่สร้างขึ้นจากวัสดุชนิดนี้ คือ เก้าอี้ยาวและเก้าอี้ขนาดเล็กสำหรับเด็ก เฟอร์นิเจอร์ทำจากวัสดุที่เรียกว่า Mycoform ซึ่งทำจากการรวบรวมเศษไม้ ยิปซัม รำข้าวโอ๊ตเข้ากับเชื้อราจากเห็ดหลินจือ (Ganoderma lucidum) เชื้อราชนิดนี้ถูกเพิ่มเข้ามาเนื่องจากมันมีความสามารถในการย่อยสลายของเสียและทำให้วัสดุโครงสร้างแข็งแรง

สุดยอดเอฟเฟกต์ร่วมกันนี้สร้างเฟอร์นิเจอร์พลาสติกที่มาจากการย่อยสลาย Terreform One กล่าวว่า กระบวนการนี้ใช้พลังงานต่ำปราศจากมลภาวะและต้องใช้เทคโนโลยีระดับต่ำในการสร้างสรรค์

8. ท่าเรือลอยได้ (Floating Piers)

เหนือผืนน้ำของทะเลสาบ Iseo ในอิตาลีคุณสามารถเห็นนวัตกรรมที่ยอดเยี่ยมอีกอย่างหนึ่งในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง นั่นก็คือท่าเรือลอยน้ำ – Floating piers  ผลงานของศิลปิน Christo และ Jean-Claude

ระบบท่าเรือลอยน้ำนี้ประกอบด้วยก้อนโพลีเอทิลีนที่มีความหนาแน่นสูงสุดๆ  220,000 ลูกบาศก์เมตร เป็นทางเดินยาวสามกิโลเมตรที่มีผ้าสีเหลืองห่อหุ้มอยู่ 100,000 ตารางเมตร ก้อนพลาสติเหล่านี้กระเพื่อมไปตามแรงคลื่นของทะเลสาบ

ผลงานชิ้นเอกที่งดงามนี้ยื่นออกมาจากถนนคนเดินของ Sulzano และเชื่อมต่อกับเกาะ San Paolo และ Monte Isola

9. อิฐดูดซับมลพิษ (Pollution Absorbing Bricks)

ถึงตอนนี้เรามีเครื่องดูดฝุ่นแสนสกปรกอยู่ในอิฐ! พัฒนาโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Carmen Trudell ที่ Cal Poly วิทยาลัยแห่งสถาปัตยกรรมและการออกแบบเพื่อสิ่งแวดล้อม อิฐ หรือในอีกชื่อว่า Breathe Brick นี้สามารถดูดเอาสารที่ก่อมลพิษในอากาศเข้าไปและปล่อยออกมาผ่านตัวกรองอากาศ

วัสดุที่เป็นนวัตกรรมชนิดนี้ได้รับการออกแบบให้เป็นส่วนหนึ่งของระบบระบายอากาศมาตรฐานของอาคาร ด้วยระบบด้านหน้าสองชั้น โดยมี specialist bricks หรืออิฐชนิดพิเศษอยู่ด้านนอกและฉนวนมาตรฐานอยู่ด้านใน

ตรงกลางเป็นระบบการกรองแบบไซโคลนที่แยกอนุภาคอากาศหนักออกจากอากาศปกติและนำไปเก็บไว้ในถังที่ถอดออกได้ กล่าวได้ว่าเป็นการออกแบบที่คล้ายเครื่องดูดฝุ่นมาก การออกแบบของ breathing bricks สามารถกำหนดค่าในผนังที่มีหน้าต่างและระบบระบายความร้อนได้เช่นกัน กล่าวโดยย่อ นี่คือเทคโนโลยีที่สามารถนำไปใช้กับกระบวนการก่อสร้างในปัจจุบันได้อย่างง่ายดาย

จากการทดสอบในอุโมงค์ลม (Wind tunnel tests) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่า ระบบนี้สามารถกรองมลพิษอนุภาคละเอียดได้ 30% และอนุภาคหยาบได้ถึง 100% เช่น ฝุ่น

10. คอนกรีตฉลาด (Self-healing Concrete)

อย่าแปลกใจที่ในอนาคตแม้แต่คอนกรีตก็ยังฉลาดได้! ด้วยคอนกรีตแบบที่เรียกว่า Self-healing concrete จะแปลความหมายกันไปอย่างไรก็ตามแต่เลยค่ะ เพราะมันยังเป็นนวัตกรรมรายการใหม่ในตระกูลของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง แต่ก็ทำให้เรารู้สึกตื่นเต้นกับมันไม่น้อย!

วิศวกรโยธาชาวดัตช์ ดร. Schlangen แห่ง Delft University เป็นผู้สร้างคอนกรีตที่เรียกว่า a self-healing concrete ขึ้น เขาโชว์ให้เห็นกันจะๆ ด้วยการแบ่งคอนกรีตชนิดนี้เป็นสองชิ้น วางไว้ใกล้กัน จากนั้นก็ทำให้มันร้อนขึ้นในเตาไมโครเวฟกระทั่งมันละลาย และเมื่อวัสดุชนิดนี้เย็นลงแล้ว มันกลับรวมตัวกัน!

แน่นอนด้วยวิธีการนี้คอนกรีตต้องการความร้อน หากวัสดุนี้ถูกนำมาใช้ในการสร้างถนน มันจะถูกทำให้ร้อนขึ้นได้อย่างไร? เพื่อแก้ปัญหานี้ดร. Schlagen และทีมได้สร้างยานพาหนะพิเศษที่วิ่งผ่านขดลวดเหนี่ยวนำไฟฟ้าบนถนนเพื่อให้การนี้สำเร็จ

ดร. Schlagen ประมาณการว่าหากเครื่องจักรชนิดนี้จะถูกใช้งานบนถนนคอนกรีตที่ว่าทุก ๆ สี่ปี เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมนี้จะสามารถช่วยประเทศประหยัดงบได้ถึง 90 ล้านเหรียญต่อปี!

มาติดตามดูกันต่อไป!

What’s next for traditional building materials?

ถึงตอนนี้เห็นได้ชัดว่าอุตสาหกรรมการก่อสร้างกำลังจะเข้าสู่ยุคใหม่ในแง่ของวัสดุก่อสร้าง แน่นอนว่าสิ่งนี้มีผลโดยตรงต่อวัสดุดั้งเดิมและบทบาทของมันในกระบวนการก่อสร้างในอนาคตอันใกล้

มีสองสถานการณ์ที่แตกต่างกันสำหรับการใช้วัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิมในอนาคตอันใกล้นี้ ก็คือพวกเขาอาจจะย่อยยับจาก new revolutionary techniques หรือพวกเขายินยอมเพื่อเป็นทางเลือกที่สร้างกำไรและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดและมาตรฐานอาคารทันสมัย

สิ่งที่น่าสนใจพอกันก็คือ เมื่อเร็วๆ นี้วัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิมได้รับความสนใจอย่างมากจากการคิดค้นวิธีการใหม่ ๆ ที่ทำให้การก่อสร้างให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและคุ้มค่าคุ้มราคามากขึ้น และนี่คือวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างที่อยู่ในหมวดหมู่นี้:

• Earth building materials
• Wood as a building material
• Bricks
• Concrete
• Cement
• Plastic

วัสดุทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นสามารถมีทั้งส่วนร่วมและบทบาทในการเปลี่ยนแปลงวิถีก่อสร้างในภาคอุตสาหกรรม หากใช้ในวิถีที่ชาญฉลาดและยั่งยืน ยิ่งไปกว่านั้นวัสดุเหล่านี้ยังมีบทบาทสำคัญระดับตัวชี้วัดในการลดต้นทุนของวัสดุในกระบวนการก่อสร้างโดยไม่ลดทอนคุณภาพ

อนาคตดูสดใส!

โดยรวมแล้วเป็นที่ชัดเจนว่ามีหลายสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปแล้วในภาคอุตสาหกรรมเกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง โดยศักยภาพของมันนั้นมีขนาดใหญ่โตมาก และตราบใดที่เราสามารถรวมวัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิมเข้ากับวิธีการที่ทันสมัยแล้ว กระบวนการสร้างที่ประหยัดต้นทุนและประหยัดพลังงานก็จะเกิดขึ้นในเร็ววันนี้อย่างแน่นอน

 

อ้างอิง:

https://geniebelt.com/blog/10-innovative-construction-materials

About The Author