宾大研发食品废料建材 原料源自废弃物
想象一下，居住在一座由菠萝和芒果皮建造的房屋中，推门而入时，清新的果香扑面而来。更令人振奋的是，这些建筑材料的原料源自日常废弃物，不仅不增加碳排放，即便房屋拆除后，材料也不会沦为填埋场或焚烧炉中的垃圾。这并非科幻场景，而是美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）韦茨曼设计学院（Weitzman School of Design）DumoLab实验室的研究员Laia Mogas-Soldevila及其研究助理Yasaman Amirzehni正在努力构建的未来。
“生物材料革命即将到来，我们必须做好准备，提供既健康、可自然降解，又能像混凝土和技术陶瓷一样具备优异性能的材料。”Mogas-Soldevila表示。这场变革的起点，就在校园内的Hill House食堂。每周，为宾大餐饮部门Bon Appétit工作的员工会处理35至40箱菠萝，供学生制作水果沙拉。
从食堂废料到实验室原料
Bon Appétit在宾大的 culinary director Shazad Khan对这一合作充满期待：“将果皮转化为可持续建筑砖块令人兴奋。例如，菠萝中的天然抗氧化剂可防止霉菌，而甜瓜皮的天然隔热性能有助于保温。”目前，宾大餐饮92%的食物废料被堆肥处理，但Amirzehni每周会收集其中的菠萝皮，带回实验室在脱水机中干燥。
此外，Amirzehni还从位于校园东南角、夹在Amtrak和CSX铁路轨道之间的宾大农场（Penn Farm）收集番茄、茄子和向日葵的不可食用部分。学生农夫们在South Street Bridge下晾晒这些废料后，将其移交至DumoLab。实验室里堆满了干燥的水果和蔬菜皮桶，包括高粱花、芹菜茎等。“芹菜气味浓郁且强烈，”Amirzehni说道。
为了丰富材料特性，团队还从街头小贩处收集芒果皮，从制药公司获取蛋壳，并从渔业获取虾壳。蛋壳被研磨成细粉以增强混合物的强度，而虾壳则制成胶状粘合剂，与粉碎的食物废料粉末结合。
破解建筑垃圾与碳排放难题
在费城，食物废料占城市总废物流的约17%，Zui终大多进入填埋场或焚烧炉。DumoLab的目标是一举解决多重问题：将食物废料移出废弃物处理系统、制造更健康的建筑材料以及应对气候变化。这正是“循环经济”（Circular Economy）的核心——不仅是回收，更是设计具有吸引力且功能性的产品，通过再利用和翻新材料，尽可能减少废弃物排放。
数据显示，2025年约有6100万吨混凝土和沥青等建筑拆除材料被送往宾夕法尼亚州的填埋场和焚烧厂，占总收集量的7.6%。联合国指出，建筑行业消耗全球约32%的能源，占全球二氧化碳排放量的34%。混凝土、钢材、铝材和塑料的大量温室气体排放，主要源于其生产过程中对化石燃料能源的巨大需求。
相比之下，DumoLab的主要能耗仅来自研磨过程。制成的复合材料无需烧制或固化，可直接注入模具或3D打印机。Zui后一步是用天然蜡或天然油进行涂层处理。“这样，雨水冲刷这些材料时，流入土壤的是营养物质而非有害化学物质。”Mogas-Soldevila补充道。
对抗传统建材的健康隐患
除了气候排放，现代建筑材料还对环境产生更广泛的影响。纽约新学院帕森斯设计学院（Parson’s School of Design）健康材料实验室（Healthy Materials Lab）联合创始人Alison Mears指出：“它们还负责有毒排放。”二战后，合成化学品爆炸式增长，这些化学品由化石燃料工业的副产品组成。“石化产品便宜且丰富，具有惊人的属性，”Mears说，“这对化学家来说是一个崭新的世界。”
Mears强调，与食品和药品不同，我们的建筑材料不受监管。血液检测显示，人们因在室内停留而暴露于微塑料和有毒PFAS化学物质中。“无论你身处何地，看看地板、墙壁或家具，它们大多具有石化特征。”Mears表示，过去十年，建筑师和设计师越来越意识到这些材料的潜在健康影响，因为它们不是惰性的，会释放气体并渗出小颗粒，通过皮肤或呼吸被吸收，与多种健康问题相关。
DumoLab的研究员表示，他们的实验建筑材料均无毒。目前，团队正将这些天然材料与建筑及工程标准进行对比测试，以验证其耐久性和强度是否能媲美混凝土。“我们需要尽可能多的废料，因为不同植物具有不同的孔隙率、纤维性、柔韧性和抗压性，”Mogas-Soldevila解释道。
规模化挑战与未来展望
虽然许多天然材料已用于生物医学领域，但那些应用需要柔软以被人体吸收，而建筑材料则需要坚硬并具有一定柔性。尽管实验室位于宾大艺术学院内，但该工作具有跨学科性质，融合了工程、化学、物理、生物学和问题解决设计。
Mogas-Soldevila自豪地展示了一个由虾壳、沙子和亚麻纤维制成的拱门模型。该模型高约4英尺，两端跨度6英尺，厚度仅半厘米，但强度堪比更厚的混凝土壳体。“这是通过结构优化实现的，我们试图使用无害材料且用量Zui少。”她指出，关键在于如何让非化石基材料既坚固又薄而不脆。
“想象你在制造环氧树脂玻璃纤维头盔。要制造虾壳亚麻头盔，你需要使其更厚，但它提供的保护与碳纤维头盔相同。”Mogas-Soldevila比喻道。虽然薄型碳纤维头盔和 bulky 天然纤维头盔安全性相当，但前者Zui终会进入填埋场，而后者可自然分解。
Mogas-Soldevila认为，建筑未来由翻新废料制成是不可避免的，部分原因在于“生命周期结束”（End of Life）的问题。“混凝土与钢筋难以分离，而我们的‘钢筋’是纤维，因此可以弯曲。我们用稻草做弯曲支撑，虾壳做粘合剂，从而形成类似混凝土和钢筋的抗压抗弯材料。”
然而，规模化仍是关键挑战。宾大韦茨曼设计学院传播总监Michael Grant表示，只有当制造商必须为处理自身废料付费时，才会投资此类生物降解材料。“开发商Zui终将为生命周期和废弃物承担责任，但在存在财务责任之前，缺乏足够的激励去充分投资生物材料。”
Grant相信那一天终将到来：“随着填埋场饱和且城市无力承担焚烧废料的成本，这一天会来。”Mears也看好农业废料如稻草的潜力，认为其普遍性有助于规模化。目前，许多学术实验室正处于初期阶段，但“未来正在到来”，从现代化的稻草捆住房到丹麦藻类屋顶，生物基建材的革命已初现端倪。