מבוא

בנוסף לתרומתו לפליטות גזי-חממה, תחום הבנייה מפעיל לחץ עצום על משאבים עולמיים. מבנים ותשתיות, במיוחד במדינות מתפתחות, צורכים בין 40% ל-50% מסך המשאבים המיוצרים למטרות ייצור חומרים. בהנתן שלמעלה ממחצית מאוכלוסיית כדור-הארץ שוכנת בערים, שיעור הצפוי להגיע ל-70% עד שנת 2050, צפוי כי לחץ זה אף יגבר, בעיקר בשל הביקוש לדיור והצורך בתשתיות תומכות. לכן, מומחים מעריכים, כי עד שנת 2060 צריכת החומרים הגלובלית תכפיל עצמה, כשתעשיית הבנייה תהיה אחראית לכשליש מגידול זה. מגמות אלו מגבירות את סכנת דילול המשאבים הטבעיים והבלתי-מתחדשים ויוצרות טווח רחב של השפעות סביבתיות שליליות. פסולת בניין מהווה גם היא מזהם משמעותי: מרבית חומרי הבנייה כיום הם מיושנים, מורכבים ממוצרים מלאכותיים וכימיים, לעתים קרובות אינם ניתנים למחזור, רעילים, וגורמים לנזק סביבתי במהלך הייצור והסילוק.

חומרים מבוססי-ביולוגיה (Bio-Based Materials להלן: חמ”ב), הם חומרים ממקורות ביולוגיים מתחדשים, כגון צמחים, בעלי-חיים או מיקרואורגניזמים. הם מציעים פתרונות סביבתיים, הקלת הלחץ על משאבי כדור-הארץ, יעילות אנרגטית, פריקות ביולוגית (במקרים מסוימים), ופוטנציאל להשגת ניטרליות – ולעתים אפילו מאזן שלילי – של פליטות פד”ח. מחקרים מראים, כי גם אם אחוז קטן מהמבנים בכדור-הארץ יבנו באמצעות חמ”ב במקום הבטון או הפלדה המסורתיים, ניתן יהיה להפחית באופן משמעותי את שיעור פליטות הפד”ח, להגביר את אחסונו ולקדם את האנושות למצב של נייטרליות בפליטות.

נוכח ההכרה בפוטנציאל הגלום בו, ממשלות ברחבי העולם פועלות לקדם את התחום. כך לדוגמא, בארצות-הברית, הוצא בשנת 2022 צו נשיאותי לקידום חדשנות ביוטכנולוגית וייצור ביולוגי; משרד ההגנה הקים את רשת ה-BioMADE לפיתוח יכולות חדשניות בייצור ביולוגי; משרד החקלאות (USDA) השיק תוכנית לחקר היתרונות בשימוש בחומרים שמקורם במוצרים חקלאיים לייצור מוצרי בנייה ומוצרים צרכניים אחרים. לצד זאת, בעשור האחרון קודמו מספר יוזמות ממשלתיות נוספות, דוגמת פרויקט ELM מטעם DARPA שהושק בשנת 2016 במטרה לפתח חומרים המשלבים חומרי בניין מסורתיים עם מערכות ביולוגיות, ותוכנית NIAC שהשיקה NASA בשנת 2023 לקידום מחקר בתחום גידול אבני בניין בטכנולוגיות ביומינרליזציה לקיום חיים מאדים. בבריטניה הגדיר המשרד למדע, חדשנות וטכנולוגיה (DSIT) הנדסה ביולוגית כאחד מחמש טכנולוגיות הליבה שהממלכה מעוניינת לקדם, ואף הקצה כשני מיליארד ליש”ט לקידום התחום ; ובאירופה, האיחוד האירופי השיק השנה תכנית בשם Circular Bio-based Europe – CBE JU המתמקדת בקידום חדשנות בבנייה ביולוגית.

מחקר זה בוחן את התחום המתפתח של חמ”ב בהקשר לתחום הבנייה. הוא מדגיש את יתרונותיהם על-פני חומרי בנייה מסורתיים; עומד על ההזדמנויות והאתגרים הכרוכים בשימוש בהם – בדגש על תחום האקלים; וסוקר את המגמות והשחקנים המרכזיים בשוק העולמי.

בנייה ביולוגית (להלן: ב”ב) היא גישה חדשנית המשלבת עקרונות ביולוגיים ואקולוגיים בתכנון, בנייה ותפעול של מבנים ותשתיות. הגישה שואפת ליצור סביבות בנויות בנות-קיימא, יעילות מבחינת משאבים ומתואמות עם המערכות האקולוגיות הטבעיות. באופן ממוקד יותר, ב”ב מתייחסת לשימוש בחומרי בנייה מבוססי ביולוגיה למטרות בניית מבנים ותשתיות. חומרי בנייה נחשבים מבוססים ביולוגית כאשר הם משלבים ביומסה צמחית, או כזו שמקורה בבעלי-חיים (למעט תצורות גיאולוגיות או מאובנים); לדוגמא, חומרים מסורתיים דוגמת עץ, קש חקלאי, קנאבוס, פשתן, תפטיר, במבוק, גבעולי כותנה ושעם – שמקורם לעתים בתוצרי לוואי של חקלאות או תעשיית העץ. חומרים מבוססי ביולוגיה יכולים גם להתייחס למוצרים מודרניים המכילים אחוז מסוים של חומר מבוסס ביולוגיה.

רכיב מרכזי בבנייה ביולוגית הם חומרים מבוססי ביולוגיה, הכוללים מספר קטגוריות מרכזיות:

• פולימרים ביולוגיים (Biopolymers): פולימרים המופקים ממקורות טבעיים כגון עמילן, תאית, חלבונים ושמנים צמחיים. דוגמאות נפוצות כוללות פולילקטי ,(PLA) פוליהידרוקסי-אלקנואטים ,(PHAs) וביו-פלסטיקה מבוססת עמילן. פולימרים אלה מציעים תכונות דומות לפלסטיק מבוסס נפט, אך תוך שמירה על יתרונות סביבתיים.
• חומרים מרוכבים ביולוגיים (Bio-Based Composites): חומרים מרוכבים המשלבים מטריצה ביולוגית פולימרית עם סיבים מחזקים טבעיים, כגון פשתן, קאנבוס (המפ), סיזל או סיבי עץ. מרכיבים אלה מציעים משקל קל, חוזק מכני גבוה ועמידות טובה.
• ממיסים ביולוגיים (Bio-Based Solvents): ממיסים המופקים ממקורות טבעיים כגון צמחים או תוצרי לוואי חקלאיים. הם משמשים כחלופה לממיסים מבוססי נפט במגוון יישומים, כולל ציפויים, דבקים וניקוי. ממיסים אלה הם בעלי רעילות ודליקות נמוכות יותר, ובעלי טביעת רגל סביבתית מופחתת.
• דלקים ביולוגיים (Biofuels): דלקים נוזליים או גזיים המופקים מביומסה, כגון אתנול מבוסס עמילן, ביודיזל מבוסס שמנים צמחיים, וביוגז המופק מפסולת אורגנית. דלקים אלה מספקים חלופה מתחדשת לדלקים מאובנים ועוזרים בהפחתת פליטות גזי-חממה.
• כימיקלים ביולוגיים (Bio-Based Chemicals): מוצרים כימיים המסונתזים ממקורות ביולוגיים, כגון חומצות אורגניות, אלכוהולים, אסטרים (Esters) וממיסים. הם משמשים כחומרי גלם ביישומים תעשייתיים שונים, כגון פולימרים, ציפויים, וצבעים.

• בידוד תרמי: פולימרים ביולוגיים, המהווים תחליף לפולימרים מבוססי נפט, כגון פוליאוריתן צמחי (Polyurethane) וקצפי פוליאיזוציאנורט (PIR) משמשים כחומרי בידוד יעילים. הם מציעים מוליכות תרמית נמוכה, עמידות מכנית טובה וטביעת רגל פחמנית נמוכה יותר בהשוואה לחומרי בידוד סינתטיים. ביו-פולימרים. לדוגמא, חברת BEWI הדנית המפתחת קצף בידוד מחומרים אורגניים (Bio Foam); וחברת Mogu האיטלקית, המייצרת לוחות בידוד אקוסטיים מבוססי תפטיר.

• מוצרי עץ הנדסיים: מוצרים כגון לוחות סיבים בצפיפות בינונית (MDF), עץ רב-שכבתי (CLT) ועץ מטוייח (Glulam) מיוצרים מסיבי עץ או פתיתים המודבקים יחד בדבקים ביולוגיים. מוצרים אלה מציעים חוזק מבני גבוה, עמידות בפני אש משופרת ומשקל קל, תוך צמצום השימוש בעצים מלאים.

• בטון ואגרגטים ביולוגיים: בטונים המכילים אפר קנה סוכר, אפר מבוסס במבוק או סיבי צמחים אחרים כתחליף חלקי לצמנט פורטלנד, ובאופן כללי מצויים בשימוש במטריצות אנאורגניות (לדוגמא, סיד ומלט). תוספים אלה משפרים את הביצועים התרמיים והאקוסטיים של הבטון, תוך הפחתת תכולת הצמנט והפליטות הקשורות (ראה הרחבה נוספת בהמשך). לצד זאת, אגרגטים כגון קליפות אורז, סיבי קוקוס או שבבי עץ ממוחזרים, משמשים כתחליף חלקי לאגרגטים טבעיים בבטון או במערכות ריצוף. אגרגטים אלה מפחיתים את הצורך בכרייה, מקלים על משקל המבנה ומשפרים את תכונותיו התרמיות והאקוסטיות. כך לדוגמא, חברת Biomason האמריקנית, מציעה בטון מבוסס חומרים טבעיים; וחברת DTE Materials האמריקנית מייצרת ביו-אגרגטים מפסולת חקלאות וייעור, שמהם מיוצרים בטון, מלט וחומרי בנייה נוספים.

• ציפויים וצבעים ביולוגיים: ציפויים וצבעים המכילים שמנים צמחיים, שרפים טבעיים או ממיסים ביולוגיים. מוצרים אלה מציעים רמות נמוכות יותר של תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs), רעילות מופחתת ופליטות נמוכות יותר בהשוואה לנגזרות מבוססות נפט; ולחלקם תכונות מתקדמות דוגמת טיהור אוויר, יכולת ניקוי עצמית כריאקציה לחשיפה לאור. שחקניות מרכזיות בתחום כוללות את AkzoNobel ההולנדית, PPG Industries ו-Sherwin Williamns האמריקניות, Nippon Paint Holdings היפנית ו- Stora Enso OYJ מפינלד.

• דבקים וחומרי איטום ביולוגיים: דבקים וחומרי איטום המיוצרים משמנים צמחיים, חלבונים או פולימרים מבוססי עמילן. מוצרים אלה מציעים כושר הדבקה טובה, עמידות במים ופליטות מזהמים נמוכות יותר, ומהווים חלופה ידידותית לסביבה לנגזרות מבוססות נפט. בהקשר זה יש לציין את הליגנין (Lignin) – חומר טבעי המצוי בעץ ובעל תכונות של עמידות בפני לחץ, גמישות ויכולת מתיחה גבוהה. חומר זה הפך שימושי לאחרונה בחומרי מלט מרוכבים, קצף קשיח, מעכבי קורוזיה, אספלט, שרף, צבע וכמובן בדבקים וחומרי איטום. כך לדוגמא, החברות Cargill האמריקנית ו-Henkel הגרמנית מציעות שורת מוצרי דבק וחומרי איטום ביולוגיים.

• מסנני אוויר ביולוגיים : מבוססים על מקורות ביולוגיים שונים, לדוגמא אצות או חמ”ב דוגמת תאית, כיטין, משי, סויה וקראטין – כולם חלופות יעילות ובטוחות לחומרי סינון אוויר קונבנציונליים. דוגמא מעניינת היא של מטהר אוויר גדול מבוסס אצות של הסטארטאפ Algen Air, שהותקן בשדה התעופה בעיר פיטסבורג בארצות-הברית. נטען, כי המתקן שקול ליכולת הפוטוסינתזה וספיחת הפד”ח של למעלה מ-5000 צמחי-בית, וכי ניתן למחזרו באופן מלא.

• חמ”ב אדפטיביים לסביבה: חומרים מתקדמים המגיבים אקטיבית לשינויים בסביבה, דוגמת משטחים בעלי יכולות התמודדות מורכבת עם נוזלים; זכוכיות משולבות אצות בעלות יכולת התאמה לאור וקליטה אופטימלית של אנרגיה סולארית, וחומרי מעטפת לקירות וגגות במבנים המתאימים עצמם לשינויי מזג-אוויר ואף יכולים להביא לשיפור בתנאי הסביבה (דוגמת לחות, חום וניקוי אוויר). חלק מחומרים אלה ניתן להדפיס במדפסות תלת-מימד, מה שהופך את תהליך הייצור ליעיל, זול וידידותי לסביבה. כך לדוגמא, הסטרטאפ המקסיקני Green Fluidics המייצר פאנלים סולארים חכמים מבוססי ביוטכנולוגיה המורכבים מתאים פוטו-וולטאיים.

• טיפול בשפכים לא-תעשייתיים: ניצול תהליכים ביולוגיים דוגמת עיכול אנאירובי לייצור גז ביולוגי המבוצע במתקן מיוחד האוסף שפכים ופסולת אורגנית ומייצר גם תוצר לוואי המשמש כדשן עשיר; בריכות עשירות בצמחיה (בדגש על אצות) ובמיקרואורגניזמים הסופגות מי שפכים ומטהרות אותם; מערכות סינון מבוססות תולעים או אצות היכולות לטפל בשפכים ובמים אפורים; ויחידות טיהור ביולוגי (הכוללות אורגניזמים) בשימוש בנייני מגורים ומסחר לטיפול במים אפורים לפני שהם נכנסים אל מערכות הביוב העירוניות. כך לדוגמא, Veolia האמריקנית ומציעה מגוון מוצרים מבוססי אורגניזמים לטיהור מי שופכין; וחברת Biorock מלוקסמבורג, המספקת שיטות ותמיכה טכנית לטיפול בשפכים בקנה מידה של מגורים ולמסחר, באמצעים ביולוגיים.

• חימום מבנים ומים וצרכים אנרגטיים נוספים: דודי ביומסה ומערכות משולבות ליצור חום וחשמל (CHP) לחימום, קירור אספקת מים חמים בבנייני מסחר ומגורים, השורפים חומרים אורגניים דוגמת קש, שבבי וגלולות עץ, שאריות חקלאיות ואף גלולות ביומסה לייצור חום וחימום מים; ושימוש בביוגז המיוצר בתהליכי עיכול אנאירוביים של פירוק חומרים אורגניים. כך לדוגמא, חברת Windhager השוויצרית מייצרת מערכות חימום מים ביתיות מבוססות פסולת עצים ; וחברת HomeBioGas הישראלית, המייצרת מערכת ההופכת שאריות מזון לגז בישול ודשן נוזלי.
  
• שיפור תכונות הקרקע לפני הבנייה: שימוש בחומרים ביולוגיים להכנת שטח לבנייה, כולל מספר טכניקות חדשניות: Biocementation ו-Biogrout הם תהליכים לייצוב הקרקע ושיפור התכונות המכניות שלו לפני הבנייה, באמצעות שימוש במיקרואורגניזמים להפקת סידן פחמתי (CaCO3) בתוך הקרקע על-ידי קשירת חלקיקי הקרקע והגברת חוזקם; בעיקר לבניית יסודות, מנהרות וקירות תמך. Bioclogging היא טכניקה אחרת לשליטה בחדירות הקרקע ומנית חלחול מים. בתהליך זה נעשה שימוש במיקרואורגניזמים להפקת פולימרים ביולוגיים או ביומסה החוסמים את הנקבים בקרקע ובכך מפחיתים את רמת חדירותה. לעתים נעשה שימוש בטכניקה זו לבניית מחסומים תת-קרקעיים לשליטה בזרימת מי-תהום ולהגנה על יסודות המבנה מפני חדירה מים.Bioremediation היא טכניקה להכנת שטח מזוהם לבנייה באמצעות מיקרואורגניזמים המפרקים או מנטרלים מזהמים בקרקע. טכניקה זו באה לידי ביטוי לדוגמא בניקוי אתרים תעשייתיים ישנים (Brownfields) לקראת פיתוחם למטרות אחרות. Bioaugmentation כוללת הוספת מיקרואורגניזמים ספציפיים לקרקע לשיפור תכונותיה, לדוגמא, פוריות, מבנה, עמידות ויכולת שימור מים. כך לדוגמא, ניתן לעשות שימוש בפטריות מיקוריזליות לשיפור גדילת צמחים וקליטה נוטריינטים; או שימוש ב-ריזובקטריה לקיבוע חנקן אטמוספרי הנחוץ לגידול צמחיה במקום דשנים סינתטיים. ייצוב קרקע באמצעות פולימרים ביולוגיים היא טכניקה נוספת, בעיקר בסלילת כבישים ובנייה סוללות ומדרונות. לבסוף, Biocrusting היא שיטה שבה מיקרואורגניזמים, במיוחד ציאנובקטריה ואצות, יוצרים שכבת מגן על פני הקרקע, המייצבת אותה נגד סחף רוח ומים, בעיקר באיזורים צחיחים וצחיחים-למחצה. מספר חברות בולטות פעילות במרחב זה: bioMASON האמריקנית, Dust BioSolutions הגרמנית עוסקות בתחום הבטון הביולוגי; Evonetix הבריטית, Allonnia, BluumBio ,Mycocycle האמריקניות הם רק כמה דוגמאות מתוך חברות רבות העוסקות בטיהור קרקע באמצעים ביולוגיים. יצוין, כי הטכנולוגיות המוצגות כאן אינן כולן באותה רמת בשלות טכנולוגית.

בטון הוא אחד החומרים המלאכותיים הנפוצים בעולם, אך הוא מהווה מקור מרכזי לפליטות פד”ח; תהליך ייצורו אחראי לכ-7% מסך הפליטות העולמי. למרות שיצרני מלט ובטון רבים מאמצים שיטות יעילות מבחינה אנרגטית ותרים אחר חומרי מלט משלימים (SCMs) כדי להפחית את שיעור הפליטות, עדיין נדרשים חידושים משמעותיים כדי להגיע לתרחיש של אפס פליטות. שימוש בבטון ביולוגי עשוי להיות הפתרון.

בטון ביולוגי (BioCement) הוא חומר בניין חדשני המשלב מיקרואורגניזמים חיים בתערובת הבטון הקונבנציונלית. טכנולוגיה זו מנצלת את הפעילות המטבולית של חיידקים ספציפיים כדי לשפר את תכונות הבטון ולהעניק לו תכונות חדשות, דוגמת יכולות ריפוי עצמי. בין הדוגמאות הבולטות לחברות המייצרות בטון ביולוגי ניתן לציין את Green Basilisk ההולנדית, המייצרת תוסף גרגירי ביולוגי לבטון, המספק יכולת איחוי עצמית לסדקים ובכך משפר את עמידות הבטון במים; Minus Materials האמריקנית, העושה שימוש במיקרו אצות לחידוש ביולוגי ולשיפור יכולות ספיגת הפד”ח של אבן גיר; ו-Grown Bio ההולנדית, המייצרת אריחי בידוד לבנייה באמצעות תפטיר.

הרכיבים העיקריים של בטון ביולוגי כוללים:

שימושים מרכזיים של בטון ביולוגי:

1. בטון המרפא את עצמו (Self-Healing Concrete): עקרון הפעולה של בטון ביולוגי מבוסס על תהליך ההמרה המטבולית של מקור המזון על ידי החיידקים לתוצרי לוואי של קלציט (גביש פחמת סידן). כאשר נוצרים סדקים זעירים בבטון ומים חודרים, החיידקים מופעלים ומתחילים לצרוך את מקור המזון. כתוצאה מכך, הקלציט משקע ואוטם את הסדקים, ובכך מונע נזק נוסף ומאפשר לבטון “לרפא” את עצמו. היכולת של בטון ביולוגי לאטום סדקים זעירים מפחיתה משמעותית את הצורך בתיקונים ובכך מאריכה את אורך החיים של מבנים ותורמות לעמידות מוגברת בפני בלאי ותנאי סביבה קשים. יתרה מכך, הטכנולוגיה של בטון ביולוגי מצמצמת את התלות בתיקונים ובתחזוקה, חוסכת במשאבים יקרים ומפחיתה את טביעת הרגל הפחמנית של מבנים לאורך כל מחזור חייהם. לכן, על אף העלויות הראשוניות הגבוהות יותר בהשוואה לבטון רגיל, השימוש בבטון ביולוגי מציע פוטנציאל לחיסכון כספי משמעותי בטווח הארוך, הודות לצמצום ניכר בדרישות התחזוקה ולהארכת משך החיים התפקודי של מבנים.
   
   
2. לכידה, ניצול ואחסון פחמן (CCUS) – ללכידת ואחסון פד”ח בתהליך הייצור תפקיד מרכזי בהפחתת שיעור הפליטות. טכנולוגיה זו לוכדת פליטות שמקורן בשריפת דלקים פוסיליים או בתהליכי ייצור מלט, ומחדירה את הפד”ח לבטון עצמו או שמאחסנת אותו במאגרים גיאולוגיים. עם זאת, למרות הפוטנציאל הרב, עדיין לא נעשה שימוש ב-CCUS בקנה מידה מסחרי במפעלי מלט, למרות שקיימים עשרות פרוייקטים בשלבי פיתוח ברחבי העולם.

• הטכנולוגיה המרכזית בפרויקטים אלה היא לכידת פד”ח לאחר תהליכי בעירה, אשר נחשבת אמנם לתהליך יקר, אך עדיין יעיל יותר בהשוואה ללכידת פד”ח במהלך תהליך הבעירה עצמו. על-פי ההערכות, אימוץ טכנולוגיות CCUS בייצור מלט יכול להביא ללכידת כשליש מהפליטות הקשורות למלט עד לשנת 2050.
• החדרת פד”ח למלט, לחומרי מלט משלימים, לבלוקי ותערובות בטון, ואפילו לתוצרי לוואי של פוסלת בטון. התהליך מעורר תגובות כימיות ההופכות את הפד”ח למינרלים מוצקים (לדוגמא, סידן פחמתי). לגישה זו ערכים מוספים שכן היא מחזקת את הבטון ובכך מציע יתרונות ייחודיים לבנייה.
• כימיית מלט חלופי – פיתוח ושימוש בחומרים שאינם מבוססים על צמנט פורטלנד רגיל (OPC), במטרה להפחית את ההשפעה הסביבתית הקשורה לייצור OPC ולשפר את הביצועים והקיימות של חומרי בנייה מבוססי מלט. שיטה זו משתמשת בחומרים או בתהליכים אחרים בכדי לייצר מלט דל פחמן, תוך הפחתה משמעותית של הפליטות הנוצרות בתהליך ה-OPC. למרות שמספר יצרני וספקי בטון ומלט מובילים כבר החלו להתנסות ב-ACC, אימוץ רחב עדיין נתקל בקשיים, שכן תקני התעשייה וקודי הבנייה עדיין מעדיפים OPC. כך או אחרת, איגוד המלט והבטון העולמי (GCCA) צופה ש-ACCs יכולים להיות אחראים ל-5% משוק המלט העולמי עד 2050.

• ניתן למחזר חמ”ב ולעשות בהם שימוש חוזר, בין אם באותה צורה ובין אם בצורה שונה, מה שמוביל בתורו גם לצמצום בפסולת בנייה ולביקוש מופחת לחומרי גלם. כך לדוגמא, Bio-PE (ביו-פוליאתילן), פלסטיק ניתן למחזור המופק מאתנול המופק מקנה סוכר או ממקורות מבוססי צמחים אחרים. הוא בעל תכונות דומות לפוליאתילן רגיל וניתן להשתמש בו בחומרי אריזה, שקיות ומכולות); Bio-PET (ביו-פוליאתילן טרפטלט): Bio-PET הוא פלסטיק ניתן למחזור העשוי משילוב של אתילן גליקול מבוסס ביולוגיה (המופק מקנה סוכר או ממקורות צמחיים אחרים) וחומצה טרפטלית.
  לצד זאת, קיימים חומרים מבוססי מיצליום (החלק הווגטטיבי של פטריות), ליצירת חומרי אריזה, בידוד ואפילו רהיטים הניתנים למחזור. לכן, חמ”ב מהווים רכיב מרכזי בתפישת כלכלה מעגלית, המדגיש הפחתת פסולת ושימוש חוזר במשאבים כחלק מיצירת פרטיקות בנייה ברות-קיימא; בוודאי כאשר גם תהליך ייצורם, לדוגמא בייצור החקלאי, בקציר ובהובלה ושינוע, מתקיים גם הוא בצורה ידידותית.
  
• היכולת לשלב מספר חומרים, דוגמת פסולת עץ, חמנייה, שעם, קלחי תירס, קוקוס, מעטפת אורז, או חלקיקי במבוק, עם חומרים אנאורגניים דוגמת סיד ומלט, במטרה ליצור חומרי בנייה ירוקים.
  
• מרבית החמ”ב מפגינים התנהגות היגרוסקופית, כלומר משלבים חדירות גבוהה של אדי מים עם ויסות לחות; תכונה מועילה בבנייה שכן היא מספקת איזון של בקרה תרמית ו-ויסות לחות בסביבה בנויה.

השימוש בחומרים מבוססי ביולוגיה בבנייה כפוף לתקנות ולתקנים שונים ברחבי העולם, המבטיחים את בטיחותם, ביצועיהם וקיימותם. פרק זה סוקר ממעוף הציפור את הנוף הרגולטורי המסדיר את השימוש בחומרים ביולוגיים בתעשיית הבנייה, תוך התמקדות במדינות ובאזורים מרכזיים.

ארצות הברית

• הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) ממלאת תפקיד מרכזי בפיקוח על פליטות תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) מחומרי בניין, ומבטיחה, כי חומרים ביולוגיים בעלי פליטות VOC נמוכות אכן עומדים בתקני איכות אוויר מחמירים. American Society for Testing and Materials (ASTM) International, ארגון תקינה מוביל, פיתח סדרה של תקנים לבדיקה ולהערכה של ביצועי הבטיחות של חומרים ביולוגיים המשמשים בבנייה.
• תוכנית ההסמכה Leadership in Energy and Environmental Design – LEED, שפותחה על-ידי המועצה האמריקאית לבניה ירוקה (USGBC), מקדמת את השימוש בחומרים בני-קיימא מבוססי ביולוגיה בפרויקטים של בנייה. מבנים המשלבים חלק משמעותי מחומרים ביולוגיים יכולים להרוויח נקודות זכות להסמכת LEED, ובכך מתומרץ אימוץ חומרים אלו. בדומה לכך, תקן ASHRAE 189.1 שנוצר על ידי האגודה האמריקאית למהנדסי חימום, קירור ומיזוג אוויר (ASHRAE), קובע דרישות לתכנון ובנייה בני-קיימא, התומכים בשימוש בחומרים ביולוגיים.
• הקוד הבינלאומי לבנייה (IBC), שאומץ בהרחבה ברחבי ארצות הברית, כולל הוראות לבטיחות אש, המבטיחות שחומרים ביולוגיים המשמשים בבנייה עומדים בתקני דליקות הכרחיים. בנוסף, מחלקת החקלאות של ארצות הברית (USDA) מפעילה את תוכנית BioPreferred, המקדמת את השימוש במוצרים מבוססי ביולוגיה, כולל אלו המשמשים בבנייה, באמצעות יוזמות רכש פדרליות וסימון מוצרים.
• דוגמא לרגולציה ברמת המדינה (State) ניתן לראות בקוד לתקני בנייה ירוקה של קליפורניה, (CalGreen) הכולל הנחיות לשימוש בחומרים ביולוגיים בהקשרי בנייה ברת-קיימא. למדינה גם חוק לסימון מוצרים מבוססי ביולוגיה המחייב סימון של מוצרים כאלה; זאת, במטרה לקדם מודעות צרכנית ולהשפיע על הביקוש לחומרי בנייה מבוססי ביולוגיה.

האיחוד האירופי

• תקנת מוצרי הבנייה (EU No. 305/2011) (CPR) מתאמת את התנאים לשיווק מוצרי בנייה, כולל חומרים ביולוגיים, ודורשת מהם לשאת את סימון ה-CE. תקנה זו מבטיחה שחומרים ביולוגיים עומדים בתקני ביצועים חיוניים של בטיחות, בריאות והגנת הסביבה.
• תקנת REACH של האיחוד האירופי (EC 1907/2006) עוסקת בשימוש הבטוח של חומרים כימיים לאורך מחזור החיים שלהם, וחומרים ביולוגיים חייבים לעמוד בדרישותיה.
• תקן EN 15804 מספק כללי ליבה להצהרות סביבתיות של מוצרים (EPD) של מוצרי בנייה, המבטיחים שקיפות והשוואתיות של נתוני ביצועים סביבתיים עבור חומרים ביולוגיים.
• סדרת EN 16785 מציעה שיטות לקביעת התוכן מבוסס-ביולוגיה של מוצרים, ומאמתת את השימוש בחומרים בני קיימא.
• ועדת CEN/TC 351 מפתחת שיטות מתוקננות להערכת חומרים מסוכנים במוצרי בנייה, ומבטיחה שחומרים ביולוגיים אינם פולטים חומרים מזיקים.
• לבסוף, תקני בטיחות אש אירופיים (EN 13501-1) מסווגים את תגובת מוצרי הבנייה לאש, ומבטיחים שחומרים ביולוגיים עומדים בדרישות בטיחות אש.

שאר העולם

• בבריטניה, שיטת ההערכה הסביבתית למבנים של Building Research Establishment – BREEAM משמשת להסמכת הביצועים הסביבתיים של מבנים. הסמכת BREEAM מעודדת את השימוש בחומרים בני-קיימא, כולל חומרים ביולוגיים, על-ידי הענקת נקודות זכות עבור שילובם בפרויקטים של בנייה.
• בצרפת, הממשלה חשפה תוכניות לחוק קיימות שיחייב שימוש של לפחות 50% עץ או חומרים טבעיים אחרים בכל המבנים הציבוריים החדשים. יוזמה נועזת זו נועדה להפחית את טביעת הרגל הפחמנית של ענף הבנייה ולקדם את השימוש בחומרים מתחדשים.
• הממשלה הקנדית השיקה את תוכנית ‘בנייה ירוקה באמצעות עץ (GCWood)’ כדי לעודד את השימוש בעץ בפרויקטי בנייה לא מסורתיים, כגון מבנים גבוהים וגשרים. מטרת התוכנית היא להפחית פליטות גזי-חממה ולקדם ניהול יערות בר קיימא. הקוד הלאומי לבנייה של קנדה (NBC) וקודי הבנייה של הפרובינציות כוללים הוראות לשימוש בחומרים ביולוגיים, המבטיחים את בטיחותם וביצועיהם ביישומי בנייה.
• חוק המשאבים המתחדשים של גרמניה (EEG) מקדם את השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים ובדלקים ביולוגיים, ומעודד בעקיפין את השימוש בחומרים מבוססי ביולוגיה כמקור לאנרגיה מתחדשת לתהליכי בנייה. גם המועצה הגרמנית לבנייה בת קיימא (DGNB) מקדמת שיטות בנייה בנות קיימא, כולל שימוש בחומרים ביולוגיים.
• ברמה הבינלאומית, ISO 14001 מספק מסגרת למערכות ניהול סביבתי יעילות, ומבטיח שארגונים המייצרים חומרים ביולוגיים ממזערים את ההשפעה הסביבתית. סדרת ISO 16620 מציעה מסגרת לקביעת תוכן מבוסס-ביולוגיה של פלסטיק ומוצרי פלסטיק, ומאמתת את המקור המתחדש של ביופלסטיק המשמשים בבנייה.

מבט על:

שוק הבנייה הירוקה, הכולל בנייה ותפעול של בניינים ידידותיים לסביבה, מוערך בכ-0.6 טריליון דולר בשנת 2024, והוא צפוי להגיע ל-1.1 טריליון דולר עד שנת 2029, צמיחה מצרפית שנתית (CAGR) של 10.82%. מתוך שוק רחב זה, סגמנט חומרי הבנייה הירוקים מוערך בשנת 2023 בכ-477 מליארד דולר והוא צפוי לגדול בשיעור מצרפי שנתי של 12.3% ולהגיע לכ-1.2 טריליון דולר עד שנת 2032. תת-סגמנט מרכזי כאן הוא שוק הפולימרים הביולוגיים לבנייה שהוערך בשנת 2022 בכ-11.7 מיליארד דולר וצפוי להגיע לכ-20 מיליארד דולר עד שנת 2031 (צמיחה שנתית מצרפית של כ-6.8% בתקופה הנסקרת).

צמיחה זו מונעת מגורמים רבים בניהם התרחבות התשתיות העירונית ברחבי העולם, הגדלת ההוצאות על מו”פ של מוצרים ידידותיים לסביבה, מיקוד בקידום הקיימות בפרקטיקות הבנייה, התפתחות הרגולציה בתחום הבנייה הירוקה, הביקוש הגובר לפתרונות בידוד יעילים (בעיקר באירופה ובארצות-הברית), והגידול במספר היישומים הרלוונטיים של פולימרים ביולוגיים, לדוגמא, בציפויים, צבעים, דבקים, צינורות, רצפות, גגות וחומרי בניין אחרים. עם זאת, הצמיחה מאותגרת בשל התנודתיות של מחירי חומרי הגלם, עלויות ייצור גבוהות ביחס לשיטות מסורתיות ורתיעת סקטור הבנייה מסיכונים ומאימוץ טכנולוגיות חדשות. זאת ועוד, חומרים אלה עדיין לא השיגו בשלות טכנולוגית מספקת; כך לדוגמא, כושר הנשיאה שלהם פחות ביחס לפתרונות מסורתיים, והם מחייבים פרקטיקות תמיכה ותפעול ייחודיים שעדיין אינן נפוצות בסקטור הבניה.

מבחינה גאוגרפית, אירופה מובילה את תחום הבנייה הירוקה בכלל וחומרי הבנייה הירוקים בפרט. עיקר הצמיחה צפויה באזור אסיה-פסיפיק לאור צמיחה כלכלית מהירה הגוררת תהליכי עיור מואצים, פרויקטים חדשים לבנייה, פיתוח מוצרים חדשניים וסביבה רגולטורית נוחה, בעיקר בסין, יפן, הודו ואינדונזיה. גם באירופה צפויה צמיחה בשוק הפולימרים הביולוגיים לבנייה, בעיקר לאור יוזמות רגולטוריות לשיפור יעילות אנרגטית בכלל ובמבנים בפרט והפחתת פליטות פחמן. עם זאת, הצמיחה באזור עשויה להיות איטית יותר בשל גישה שמרנית יותר לבנייה ותהליכים רגולטוריים ארוכים ומסורבלים.

אתגרים וחסמים

חומרי בידוד מבוססי ביולוגיה 

ארץ	חברה	תיאור
ארה”ב	BioFoam	ייצור תרסיס קצף בר קיימא לבידוד מבנים, קירוי, איטום אש ואיטום מים
בריטניה	Mykor	מייצרים פאנל בידוד המורכב מ-100% משאריות תעשייתיות מתחדשות, כימיה ירוקה ותפטיר, המופעלת על ידי ביוטכנולוגיה
בלגיה	EXIE	מוצרי החברה הינם חומרי בידוד טבעיים הפועלים כמווסתי לחות ובולמי קול
גרמניה	Evonik	ייצור כימיקלים וחומרים מבוססי ביולוגיה לשימוש בבנייה
דנמרק	BEWi	ייצור קצף בידוד מחומרים טבעיים בעיקר מחומרי פסולת צמחית
הולנד	GROWN bio	מוצרי אריזה, חומרי בניין ופריטי עיצוב פנים

ציפויים וצבעים מבוססי ביולוגיה 

ארץ	חברה	תיאור
ארה”ב	Baril Coatings	ייצור חומרי ציפוי וצבע מבוססי ביו
ארה”ב	Green Planet Paints	ייצור ציפויים משרף צמחי ובפיגמנטים מינרליים
ארה”ב	silacote	ייצור צבעים על בסיס ביולוגי
ארה”ב	The Real Milk Paint Co	שימוש בחלב, סידן ליים וחומרי מילוי על בסיס צמחי לייצור צבע
גרמניה	AURO	ייצור צבעי ביו באמצעות חומרי מילוי מינרליים, תאית, לפתית ושמן קיק
ישראל	Nanoplate Ltd.	מחקר ופיתוח של ננוטכנולוגיה לציפוי
מקסיקו	BioShield Paint	שימוש בתאית ובגיר לייצור צבע
ספרד	Proquicesa	ייצור ופיתוח חומרי בנייה בני קיימא כמו תוספים, מפחיתי כרום וצבעי מגן ביולוגי

חומרים ביולוגיים 

ארץ	חברה	תיאור
איטליה	BioBuildingBlock	ייצור בלוקים – אבני בניין
איטליה	Bio Build Technologies	ייצור חומרי בניין
ארה”ב	BamCore	ייצור חומרי בניין על בסיס במבוק
ארה”ב	Biomason	ייצור מלט מבוסס מקורות ביולוגיים לשימושי בנייה
ארה”ב	DTE materials	הפיכת ביואגרגטים העשויים מפסולת חקלאות וייעור לבטון ירוק ולחומרי בניין מלט
ארה”ב	MOGU	גידול אבן גיר באמצעות מיקרו אצות
ארה”ב	Poreshield	יצור בטון המבוסס על פולי סויה ליישומים של בניית כבישים, גשרים ומבני תעשייה
ארה”ב	Prometheus Materials	פיתוח ביו-מלט עם אפס פליטת פחמן
בריטניה	Biohm	ייצור חומרי בנייה על בסיס ביו מפסולת מזון
בריטניה	Biozeroc	ביוטכנולוגיה ננוטק וכימיה לתעשיות הבנייה
בריטניה	IndiNature	ייצור חומרים ומוצרי בנייה מבוססי ביולוגיה
גרמניה	Covestro	פיתוח חומרים בני קיימא, מבוססי ביולוגיה לשימוש בבנייה
גרמניה	ecoLocked	המרת פחמן שנלכד משאריות ביומסה מקומיות לחומרי בנייה פונקציונליים
הולנד	StoneCycling	ייצור מוצרי בניין בר קיימא של חומרי בניין מפסולת
יפן	Toyobo	ייצור חומרים מבוססי ביולוגיה לשימוש בבנייה
ישראל	CRIATERRA	ייצור ירוק של אריחים ובלוקים לבנייה האריחים
ישראל	.Daika Ltd	ייצור דיגיטלי של עץ תוך שימוש בטכנולוגיות קיימות של ייצור המוני
ישראל	KENAF	ייצור תערובות ביו לתעשיית הבנייה המכילות ~80% סיבים טבעיים
ישראל	Maicelium	פיתוח טכנולוגיית ביו-פולימר המופקת מהמיצליום, מבנה השורש הפטרייתי
ישראל	UBQ Materials	המרת פסולת ביתית לא ממוינת לחומר תרמופלסטי
ישראל	Seevix	חברת ביוטכנולוגיה המייצרת סיבי משי עכביש בעלי חוזק גבוה, תואם ביולוגי, זהים לסיבים טבעיים
נורווגיה	Borregaard ASA	בית זיקוק ביולוגי בר קיימא המייצר ביוכימיקלים ידידותיים לסביבה
קנדה	Just BioFiber	ייצור אבני בניין מחומרים ממקורות ביולוגי, בעיקר המפ

תשתית מבוססת ביולוגיה 

ארץ	חברה	תיאור
איטליה	Gigola & Riccardi	ייצור צלעות קירור מתאית
איטליה	Tere Group	מערכות סינון מים ומוצרים מבוססי מיקרו-אצות
איטליה	Wte	אספקת מערכות לטיפול בשפכים. בקנה מידה ביתי ומוסדי
ארה”ב	Airbuild	פאנלים סולריים ביולוגיים לבניינים
ארה”ב	AlgenAir	מפתחת מטהר אוויר טבעי המיועד להפחתת פחמן דו חמצני באמצעות אצות
ארה”ב	BioAir Solutions	מטהרי אוויר ביתיים ומוסדיים על בסיס פילטר ביולוגי
ארה”ב	Ecologix Environmental Systems	תכנון וייצור מערכות לטיפול בשפכים לתעשיות הנפט, המזון, הגז ורכב
ישראל	HomeBiogas	יצור מעכל אנאירובי הממיר פסולת מטבח וזבל בעלי חיים לגז בישול ודשן נוזלי
לוקסמבורג	Biorock	טיפול בשפכים למגורים ולמסחר
מקסיקו	Greenfluidics	פאנלים סולריים משולבי מיקרו-אצות

---

* כל המובא במאמר זה נכון ליום כתיבתו ובהתאם לנתונים אשר עמדו בפני מחבר המאמר. רשות החדשנות או מי מטעמה אינם נושאים באחריות כלשהי לנכונות אמיתות ו/או דייקנות הנתונים, כולם או חלקם. המאמר מתפרסם כהעשרה לציבור ואין לעשות בו שימוש מסחרי כלשהו, ובכלל זה, לצורך מכירתו, הפצתו/הצגתו.