האדריכלים של הטבע

ביומימיקרי הוא ענף במדע ששואף לחקור מערכות ואורגניזמים בטבע במטרה לקבל מהם השראה ולחקות אותם לתועלת האדם. הרעיון פשוט – האבולוציה עבדה מיליארדי שנים להתאים את בעלי החיים והצמחים לסביבתם. אם כן, למה שלא ננצל זאת לפיתוח טכנולוגיה לשירות האדם?

אחד הראשונים שרתם את הטבע להמצאותיו היה לאונרדו דה וינצ'י, שצפה בציפורים בתקווה לחקות אותן ולבנות מכונת תעופה לבני אדם. לשם כך הוא חקר את האנטומיה ואת אופן התעופה של הציפורים, ויצר תרשימים למכונות תעופה. אף שרעיונותיו לא יצאו אל הפועל, השיטה שלו הייתה נכונה ביסודה, כפי שהוכיחו האחים רייט כשתכננו והטיסו את המטוס הראשון בשנת 1903 בהשראת מעוף הציפורים. מאז ענפים רבים, כגון רפואה, תחבורה והלבשה, שאבו השראה מהטבע כדי ליצור מכשירים יעילים, חומרים חדשים ועוד – וגם מקומה של האדריכלות והנדסת הבניין לא נפקד.

אבולוציה של בתים

ההסתכלות על מבנים בטבע מעניינת במיוחד. הקינים, המאורות וסביבות המגורים הטבעיות האחרות של היצורים בעולם עוצבו בידי האבולוציה ולבשו את צורתם העכשווית לאורך מיליוני שנים, כך שהם מתאימים מאוד לתנאים הגיאוגרפיים ולצרכים של כל יצור. למעשה, האבולוציה התנסתה במודלים מבניים וסביבתיים רבים, שרק המוצלחים ביותר מביניהם שרדו. על כן רואים כיום יותר ויותר דוגמאות בעולם הארכיטקטורה, העיצוב והבניין, של מבנים ודפוסים המבוססים על מודלים מהטבע. לעיתים המהנדסים אף מטמיעים חומרים חיים, כגון אצות וחיידקים, בסביבות העבודה והמגורים.

דוגמה למבנה בהשראת הטבע הציג האדריכל מייק פירס (Pearce) בזימבבואה. כשתכנן את מרכז איסטגייט (Eastgate) בהררה, בירת המדינה, היה עליו למצוא דרך לקרר את מבנה הקניות והמשרדים הענק במדינה המשוונית החמה. לשם כך הוא שאב השראה מטרמיטים מקומיים, שבונים לעצמם תילים ענקיים ומקוררים היטב.

במושבות התילים שלהם הטרמיטים מגדלים פטריה שממנה הם ניזונים, כך שחשוב שאזור הגידול שלה ישמור על טמפרטורה פחות או יותר קבועה. לרוע מזלם של הטרמיטים, האקלים באזור מתאפיין בתנודות חדות של הטמפרטורה בין שעות היום והלילה, ולכן חוקרים הניחו שהטרמיטים פיתחו שיטה מיוחדת במינה לקירור התל ולאוורורו.

כשמסתכלים על תל טרמיטים טיפוסי רואים שלאורכו פזורים פתחי אוורור רבים, שמאפשרים לאוויר להיכנס דרך תחתית התל ולעלות בצורה מבוקרת דרך קירותיו. האוויר המוזרם מחמם או מקרר את התל בהתאם לצורך.

מערכת הקירור של האיסטגייט פועלת בצורה דומה. בבוקר, בניין הבטון עדיין קריר מצינת הלילה, וככל שהשעות חולפות הוא מתחמם בהשפעת השמש, האנשים, המכוניות והמכונות האחרות. בשעות הקרות זורם אוויר קר מבחוץ לתחתית הבניין דרך חרכים בלוחות הרצפה, ומובל למעלה במערכת ארובות מתוחכמת שעוברת בכל הבניין. הזרמת האוויר מאפשרת את קירור הבניין בשעות החמות.

בינתיים השמש עולה, האוויר מחוץ לבניין מתחמם ומאווררים גדולים אוגרים אותו בתחתית הבניין. בערב, כשמתקרר בחוץ, האוויר החם מועבר לרחבי הבניין דרך אותן ארובות ומחמם אותו. כך נחסכים 90 אחוז מהאנרגיה שהייתה נדרשת לקירור בניין בגודל דומה באמצעים קונבנציונליים.

אולם במפתיע, כעשור לאחר חנוכת המרכז גילו חוקרים שהמודל שעליו התבסס פירס אינו תואם את המציאות בתילי הטרמיטים בטבע. התברר כי אף שהטמפרטורה בתל אכן נשארת קבועה לאורך היום, היא משתנה לאורך השנה. עם זאת, הטמפרטורה בתוך התל נשארת דומה מאוד לזאת של עומק האדמה סביבו.

בנוסף התגלה כי כשחוקרים סגרו את פתחי האוורור של התל, הטמפרטורה לא הושפעה מכך באופן משמעותי. כלומר, נראה כי טמפרטורת התל מושפעת דווקא מהאדמה הסובבת אותו, ושאין לו מערכת אוורור ייעודית שתווסת אותה. למרות השגיאה בהבנת תל הטרמיטים, המבנה שיצר פירס אכן מנצל היטב את האנרגיה ובהחלט מוגדר כהצלחה הנדסית.

הבנין נבנה בהשראתם, אבל הם בעצם משתמשים בשיטה אחרת. תל טרמיטים באוסטרליה | Shutterstock

כמו אצות לנשימה

המודעות לבנייה עם דגש על קיימוּת, או בשמה האחר בנייה ירוקה, הולכת וגוברת בימינו. השאיפה בבנייה כזאת היא לצמצם את צריכת האנרגיה ואת הזיהום שיוצרים מבנים מעשה ידי אדם. מדובר בהרבה יותר מרק שילוב של צמחייה בנוף, ולא פעם באדריכלות מתקדמת מאוד מבחינה טכנולוגית.

דוגמה מעניינת לכך היא מערכת פוטוסינתטיקה שפיתחה חברת חברת EcoLogicStudio. מדובר במערכת לחיפוי מבנים המשתמשת באצות שתפקידן להפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני בסביבת המבנה. האצות משולבות בווילונות שקופים ומבצעות בהם פוטוסינתזה, כלומר ייצור של סוכר ושחרור חמצן מפחמן דו-חמצני ומים באמצעות ניצול של אנרגיית השמש. לטענת החברה, 16 מודולים של 14 מ"ר של וילון ביולוגי כזה שקולים לנטיעה של עשרים עצים, מבחינת יכולת ספיגת הפחמן הדו-חמצני.

וילונות כאלה יכולים לעזור לצמצם את פליטת גזי החממה באזורים עירוניים מזוהמים במיוחד. היופי ברעיון הוא שאין צורך להקצות לו שטח ייעודי כפי שנעשה בנטיעת עצים, ואפשר לשלב אותו היטב בסביבה עירונית צפופה.

בטון ביולוגי

דוגמה מעניינת נוספת לשימוש ביצורים חיים לבנייה נוגעת אף היא לבעיית פליטת גזי החממה. לא פחות משמונה אחוזים מגזי החממה הנפלטים כיום בעולם מגיעים מתעשיית הבטון. מדובר בחומר הבניין הנפוץ ביותר בעולם, שייצורו עומד על כארבעה מיליארדי טון בשנה, אך בתהליכי ייצורו משתחרר פחמן דו-חמצני רב לאטמוספירה. על מנת להוריד את פליטת הגזים בהתאם לתקנים שנקבעו בהסכם פריז ב-2016, תצטרך תעשיית הבטון לצמצם את הפליטות בכ-16 אחוז עד שנת 2030.

איך ההפחתה הזאת תתיישב עם הצורך ההולך וגובר בבטון? הציפייה היא שהדרישה לבטון תגדל בתקופה הזאת ביותר מ-25 אחוז, בשל העיור הנרחב של דרום-מזרח אסיה ואפריקה. הקושי הזה דרבן את חברת BioMason לחפש פתרון לייצור לבנים ידידותיות לסביבה. הם שאבו את השראתם מתהליך יצירת הקונכיות העשויות סידן פחמתי (CaCO3).

החברה מייצרת "בטון ביולוגי" (Biocement) – לבנים שנוצרות מחול על ידי חיידקים שמגדלים סידן פחמתי. הסידן הפחמתי מצטבר בחול ומקשה את החומר סביבו בלי לפלוט כלל גזי חממה, וכך נוצרת בהדרגה לבנה לבניין. למעשה, תהליך יצירת הלבנה הוא תהליך גידול, כך שאפשר לראות בה כמעט עצם חי, שזקוק למים ולמזון כדי לגדול בהצלחה.

כשהלבנה מגיעה לגודל הרצוי היא עוברת תהליך ייבוש, שבסופו היא מוכנה לשימוש בבניין. חוזקה זהה לזה של לבנה הקלאסית. והחיידקים? הם מתים ברגע שאספקת המים והמזון שלהם נעצרת.

לבנה שנוצרת בתהליכי גידול, בלי גזי חממה. בטון, וצילום במיקרוסקופ אלקטרונים סורק של סידן פחמתי | SPL

הטבע מספק לנו השראה אינסופית לרעיונות ופתרונות שניתנים להטמעה בסביבת מגורינו. עליית המודעות להשפעה האנושית על אקלים כדור הארץ, והצורך ההולך וגובר בפתרונות אקולוגיים, מאיצים את החיפוש אחרי פתרונות שהוכיחו את עצמם לאורך האבולוציה כמערכות יעילות בארכיטקטורה ובנייה. ככל שהטכנולוגיה ומדעי החומרים משתפרים, וככל שיתעצם שיתוף הפעולה בין הביולוגיה לתחומי הבנייה והארכיטקטורה, כך נראה יותר ויותר דמיון ושילוב של הטבע במעשי ידי האדם.