الأخشاب الضخمة تسمح ببناء ناطحات سحاب من الخشب

استبدال الفولاذ والخرسانة ذات الانبعاثات الكربونية العالية

تعتمد مبانٍ حديثة كثيرة على الخرسانة والعوارض الفولاذية، بفضل خصائصها الإنشائية وسلاسل توريدها الراسخة. لكن إنتاجها واستخدامها ينطويان أيضًا على تحديات بيئية وهندسية.

قد تتدهور الخرسانة المسلحة بسبب تآكل حديد التسليح وعوامل أخرى، لكن عمرها ليس محصورًا في بضعة عقود، ولا يستلزم تدهورها دائمًا هدم المبنى بالكامل. ومن الحلول التي يجري بحثها مواد جديدة مثل خرسانة القنب والخرسانة المعززة بالجرافين، مع اختلاف وظائف هذه المواد ومدى نضجها؛ فخرسانة القنب ليست بديلًا مباشرًا لكل عنصر خرساني حامل للأحمال.

يمثل إنتاج الفولاذ والأسمنت مصدرًا كبيرًا لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون عالميًا. وتختلف تقديرات مساهمتهما بحسب السنة ونطاق حساب الانبعاثات. يمكن لتقنيات مثل الهيدروجين منخفض الانبعاثات والأسمنت منخفض الكربون أن تساعد، لكنها تواجه تحديات في التكلفة والتوسع.

ويمكن أيضًا استخدام واحدة من أقدم مواد البناء: الخشب. تخزن الأشجار الكربون أثناء نموها، وقد تساعد المنتجات الخشبية الإنشائية في خفض انبعاثات البناء. لكن وصف المبنى بأنه سالب الانبعاثات يتطلب تقييم دورة حياته وإدارة الغابات ومصير الخشب بعد الاستخدام.

قيود الخشب

استُخدم الخشب في البناء لآلاف السنين. ويمكن أن يكون موردًا متجددًا يخزن الكربون إذا أُديرت الغابات بصورة مستدامة، ما يجعله خيارًا يستحق الدراسة في البناء الحديث.

اليوم، يُستخدم الخشب في الغالب للمنازل والمباني الصغيرة. ذلك لأن بعض المشكلات جعلته يفقد شعبيته مقارنة بالمواد الأخرى للمباني الكبيرة، أولاً الأحجار والطوب، والآن الخرسانة والفولاذ:

• قابلية الاشتعال، حيث تكون المباني الخشبية القديمة شديدة الحساسية للحرائق.
  • عندما تُبنى مدن كاملة من الخشب، كانت الحرائق الكارثية دائمًا خطرًا، مثل حريق لندن العظيم عام 1666 الذي استمر أربعة أيام كاملة.
• الخشب يحد من ارتفاع المباني التي يمكن بناؤها به، مما يدفع المدن الحديثة إلى تفضيل مواد أخرى.
• معظم تقنيات البناء القديمة تتعامل بشكل سيء مع الرطوبة، مما يؤدي إلى العفن وتعفن الهياكل الخشبية.

لذلك يتطلب التوسع في المباني الخشبية معالجة مخاطر الحريق والرطوبة والقيود الإنشائية. وتوفر منتجات الأخشاب الهندسية الكتلية أدوات للتعامل مع هذه التحديات، من دون أن تلغيها تلقائيًا.

الأخشاب الهندسية الكتلية

تُصنع الأخشاب الهندسية الكتلية من قطع أو طبقات خشبية تجمع لتكوين عناصر إنشائية كبيرة. وتشمل الأخشاب المصفحة المتصالبة (CLT)، والخشب الرقائقي الملصق المستخدم في العوارض والأعمدة، ومنتجات أخرى. تختلف هذه المنتجات عن الخشب الرقائقي العادي في تركيبها ووظيفتها الإنشائية.

المصدر: Naturally Wood

تتيح هذه الطرق إنتاج عوارض وألواح كبيرة من قطع أصغر، بدل الاعتماد على جذوع ضخمة يستغرق نموها وقتًا طويلًا. لكنها لا تضمن وحدها حماية الغابات القديمة؛ فمصدر الأخشاب وشهادات التوريد عاملان أساسيان.

“منذ حوالي 30 عامًا، بدأ البناؤون في ألمانيا والنمسا تجربة تقنيات لصنع عناصر خشبية ضخمة من هذا الخشب المتاح بسهولة. استخدموا المسامير، والوتدات، والغراء لدمج قطع الخشب الصغيرة في كتل كبيرة قوية وصلبة لا تتطلب قطع أشجار قديمة ضخمة.”

Knowable Magazine

أداء ملحوظ

يمكن تصنيع عوارض من الخشب الرقائقي الملصق بأطوال كبيرة قد تصل إلى نحو 50 مترًا في بعض المشروعات. وتستخدم ألواح CLT للجدران والأرضيات بسماكات يحددها التصميم والأحمال ومتطلبات الحريق، وقد تصل إلى عشرات السنتيمترات.

المصدر: Stora Enso

تتميز بعض المنتجات الخشبية الإنشائية بنسبة جيدة بين المقاومة والوزن. لكن المقارنة بالفولاذ تعتمد على نوع المنتج واتجاه الألياف ونوع الحمل، وليست قاعدة تقول إن كل خشب أقوى من كل فولاذ. وبسبب كثافة الخشب الأقل، قد تتطلب العناصر مقاطع أكبر.

لهذا تستخدم بعض المباني المرتفعة أنظمة هجينة تجمع الخشب مع الفولاذ والخرسانة لتحقيق الصلابة المطلوبة وضبط أبعاد العناصر.

مبنى خشبي مرتفع

من أبرز أمثلة عام 2024 مبنى Ascent في ميلووكي، المكون من 25 طابقًا والمكتمل عام 2022. كان يُعرف آنذاك بأنه أطول مبنى هجين من الأخشاب الكتلية، وليس بالضرورة الأكبر من حيث المساحة.

المصدر: Thornton Tomasetti

أورد تقرير صادر عام 2022 84 مبنى من الأخشاب الكتلية بارتفاع ثمانية طوابق أو أكثر، مكتملًا أو قيد الإنشاء، إضافة إلى 55 مقترحًا.

وأظهر ذلك الحصر التاريخي أن نحو 70٪ من المباني المشمولة كانت في أوروبا. ولا يمثل هذا الرقم نسبة جميع المباني الخشبية في العالم أو إحصاءً آنيًا. وتنتشر الأنظمة الهجينة أيضًا في أمريكا الشمالية.

ومن التطورات المهمة إدراج فئات تسمح ببناء بعض المنشآت الخشبية حتى 18 طابقًا في نسخة 2021 من كود البناء الصادر عن مجلس الكود الدولي (ICC). وينشر المجلس كود البناء الدولي ، وهو نموذج تتبناه جهات تنظيمية مختلفة، خصوصًا في الولايات المتحدة. ولا يصبح قانونًا محليًا إلا بعد تبنيه، وقد تُضاف إليه تعديلات.

تساعد القواعد المحددة مسبقًا على توحيد التصميم والمراجعة، لكنها لا تلغي التراخيص أو اشتراطات الموقع والحريق والأحمال لكل مشروع.

ويمكن استخدام الأخشاب الكتلية في المباني الصناعية أيضًا، مثل مركزي بيانات أعلنت مايكروسوفت بناءهما في فرجينيا باستخدام نظام هجين يتضمن CLT في عام 2024.

السلامة من الحرائق

اعتمد إدراج المباني الخشبية المرتفعة في الكود على اختبارات وتحليل للأداء الإنشائي ومقاومة الحريق. ويهدف التصميم إلى إبطاء انتشار الحريق والمحافظة على الاستقرار خلال الإخلاء ومكافحة الحريق.

تختلف مدة مقاومة الحريق المطلوبة باختلاف فئة المبنى والعنصر الإنشائي. وتتطلب بعض الفئات حماية لعناصر حاملة تصل إلى ثلاث ساعات، إلى جانب أنظمة الرش والحماية غير القابلة للاحتراق.

لا تعني مقاومة الحريق أن الخشب غير قابل للاشتعال. بل يُصمم مقطع العنصر وحمايته ليحتفظ بقدرة التحمل المطلوبة خلال مدة محددة.

شملت الأبحاث اختبارات أفران واختبارات حريق على نماذج مبانٍ. وأسهمت نتائجها، مع اشتراطات الحماية والتصميم، في وضع قواعد الاستخدام الآمن نسبيًا.

يساعد كبر مقاطع الأخشاب الكتلية على تحقيق أداء يمكن حسابه أثناء الحريق، من خلال عاملين رئيسيين:

• تتكون على السطح طبقة متفحمة تعزل الجزء الداخلي نسبيًا وتبطئ انتقال الحرارة إليه.
• يستغرق تسخين المقطع الكبير وتفحمه وقتًا، فيبقى جزء داخلي قادر على حمل الأحمال. وتعتمد النتيجة كذلك على الوصلات والمواد اللاصقة والحماية، لا على افتراض انعدام الأكسجين أو استحالة الاشتعال.

فرص الأخشاب الهندسية الكتلية

تتمثل الفرصة في استبدال جزء من المواد عالية الانبعاثات بمورد متجدد، مع تقليل بعض احتياجات الطاقة والمواد. ويعتمد المكسب البيئي الفعلي على المشروع ومصدر الخشب ودورة حياته.

مباني أخف وزنًا

الخشب أقل كثافة من الخرسانة، ويمكن أن يخفف وزن الهيكل والأساسات. لكن مقدار التوفير يعتمد على التصميم، ولا يستند إلى مقارنة مطلقة بمقاومة الفولاذ.

يساعد الوزن المنخفض خصوصًا في إضافة طوابق فوق مبانٍ قائمة أو البناء في مواقع ذات قيود على الأحمال. وتعرض Stora Enso مشروعات تستخدم الأخشاب الهندسية لهذا الغرض.

المصدر: Stora Enso

العزل الحراري

الخشب موصل ضعيف نسبيًا للحرارة، ويمكن أن يساعد في الحد من الجسور الحرارية. ومع ذلك، تبقى طبقات العزل الإضافية وإحكام الغلاف الخارجي ضرورية بحسب المناخ والتصميم.

تخزين الكربون

من أمثلة استخدام الأخشاب في خفض الأثر الكربوني مبنى Brock Commons Tallwood House المؤلف من 18 طابقًا في كولومبيا البريطانية.

أورد تقدير المشروع فائدة كربونية مجمعة تبلغ نحو 2,432 طنًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون. ويجمع هذا الرقم بين الكربون المخزن في الخشب والانبعاثات المقدّر تجنبها عند استبدال مواد أخرى، وليس كله انبعاثات تم منعها أثناء التصنيع. وكان نحو ربع الإجمالي مرتبطًا بالانبعاثات المتجنبة، والباقي بالكربون المخزن في الخشب.

يمكن أن يستمر تخزين الكربون أثناء خدمة المبنى أو إعادة استخدام عناصره. لكنه ليس تخزينًا دائمًا مضمونًا؛ فقد يعود الكربون عند الاحتراق أو التحلل. كما أن الخرسانة لا تستلزم دورة هدم وإعادة بناء ثابتة كل 50–70 عامًا.

الجمالية

يفضل بعض المستخدمين دفء الخشب ومظهره الطبيعي على الأسطح الخرسانية والمعدنية. ومع وجود انتقادات لبعض أنماط العمارة الحديثة، قد تسهم الأسطح الخشبية في جاذبية المبنى. لكن الأذواق تختلف، ولا توجد علاوة عقارية مضمونة لمجرد استخدام الخشب.

«الناس سئموا من الفولاذ والخرسانة. بفضل مظهره الدافئ والمريح وتنوعاته الطبيعية، يمكن أن يكون الخشب أكثر جاذبية بصريًا. الناس فعلاً يستمتعون بالنظر إلى الخشب.»

تيد كيسيك —باحث في علوم المباني بمعهد الأخشاب الكتلية في جامعة تورونتو

تحديات الأخشاب الهندسية الكتلية

يتطلب استخدام هذه المنتجات في المباني متعددة الطوابق إعادة النظر في بعض تفاصيل التصميم والتنفيذ المعتادة.

طرق البناء

تُصنع كثير من العناصر في مصانع متخصصة، ما يتيح تحديد أبعادها ووصلاتها مسبقًا وفق متطلبات المشروع.

وهذا جزء من نهج التصميم المتكامل، حيث يتعاون المعماريون والمهندسون والمقاولون والمصنعون مبكرًا لتنسيق المقاسات والأشكال ومسارات الخدمات.

ويمكن لآلات التحكم الرقمي قطع العناصر وثقبها بدقة قبل نقلها إلى الموقع، بما يشبه تجهيز قطع أثاث كبيرة للتجميع.

قد يقلل التصنيع المسبق زمن العمل في الموقع، لكن نسبة التحسن تختلف بين المشروعات. ولا يُعد تسريع البناء بنسبة 40٪ نتيجة مضمونة لكل مبنى خشبي.

«تميل المباني المصنوعة من الأخشاب الكتلية إلى التصنيع بطريقة تشبه السيارات، حيث تُنقل القطع المنفصلة إلى موقع نهائي لتجميعها. وعند وصول المبنى الخشبي إلى الموقع، يبدو الأمر كأنه قطعة أثاث ضخمة من إيكيا.»

تيد كيسيك —باحث في علوم المباني بمعهد الأخشاب الكتلية في جامعة تورونتو

الرطوبة والحشرات

تُعد الفطريات والحشرات والرطوبة مصادر مهمة لتلف الخشب، إلى جانب مخاطر الحريق. لذلك يجب أن تتضمن الخطة إدارة واضحة للرطوبة أثناء البناء والتشغيل:

• حماية العناصر من البلل المطول أثناء النقل والتخزين والتركيب، وتجفيفها عند الحاجة.
• تصميم التهوية والتدفئة وغلاف المبنى لمنع تراكم الرطوبة والتكاثف.
• مراعاة تسربات الأسطح والأنابيب وخطر الفيضانات وإمكانية اكتشاف الأضرار وإصلاحها.

قد تشمل الحماية من الحشرات معالجات مناسبة وحواجز مادية وتفاصيل تفصل الخشب عن التربة. وتُختار الوسائل وفق النوع الخشبي والمناخ واللوائح.

الأصوات

قد تنتقل الأصوات والاهتزازات عبر العناصر والوصلات الخشبية، ما يستلزم تصميمًا صوتيًا مناسبًا في المباني السكنية والمكاتب.

تشمل الحلول طبقات عزل ومواد تزيد الكتلة وفواصل بين العناصر وأرضيات عائمة أو مرتفعة وفق النظام المستخدم.

التحرك نحو الاعتماد الواسع؟

قد توسع الأخشاب الهندسية الكتلية دور الخشب في مدن المستقبل، عبر مبانٍ أخف وزنًا وقد تكون أقل انبعاثات. لكن استدامتها ليست تلقائية في كل جانب، ويتطلب انتشارها خطوات منها:

• تحديث قواعد البناء المحلية حيث يلزم، استنادًا إلى الأدلة والمعايير المعتمدة.
• تدريب المعماريين والمهندسين والمقاولين على خصائص المنتجات وتفاصيل استخدامها.
• توسيع مرافق التصنيع وسلاسل الإمداد لتلبية الطلب.
• الحفاظ على شهادات موثوقة وإدارة مستدامة للغابات ومصادر الأخشاب.

قد تستغرق هذه الخطوات سنوات، وتؤثر سياسات الكربون والأسعار والطلب في سرعة الانتشار.

الاستثمار في الأخشاب الهندسية الكتلية

لا يقتصر الاستثمار في هذا المجال على شركة متخصصة وحدها. فهناك شركات مدرجة، منها Stora Enso، تنتج مواد خشبية هندسية ضمن أنشطة أوسع.

ويمكن كذلك دراسة شركات الغابات وإنتاج الأخشاب. لكن الاستثمار فيها يمنح تعرضًا لأعمالها الكاملة، وليس للأخشاب الكتلية وحدها.

يمكن تداول أسهم شركات الأخشاب والغابات عبر وسطاء مختلفين. وتجد على securities.ioأدلة لوسطاء الأسهم في الولايات المتحدة, كندا, أستراليا, المملكة المتحدة, وبلدان أخرى كثيرة.

ومن البدائل التي يمكن دراستها صناديق القطاع، مثل iShares Global Timber & Forestry ETF (WOOD) أو Invesco MSCI Global Timber ETF (CUT) . توفر هذه الصناديق تعرضًا لسلة من شركات الأخشاب والغابات، مع بقاء مخاطر السوق والقطاع وتغير الاستراتيجية والمكونات.

شركة أخشاب: Weyerhaeuser

يتأثر إنتاج الأخشاب بالحرائق والجفاف والآفات وغيرها من المخاطر. وقد يساعد التنويع الجغرافي والقطاعي على تخفيف بعض آثارها، لكنه لا يلغيها.

تجمع صناديق الاستثمار العقاري المتخصصة في الغابات ملكية مساحات واسعة ضمن أداة متداولة، وتوفر وسيلة للتعرض لهذا النشاط.

تُعد Weyerhaeuser (WY ) من أكبر صناديق الاستثمار العقاري الأمريكية المتخصصة في الغابات. وفي نهاية 2023 امتلكت أو سيطرت على نحو 10.5 ملايين فدان في الولايات المتحدة، وأدارت نحو 14 مليون فدان بموجب تراخيص طويلة الأجل في كندا. وشملت شبكتها عشرات مرافق تصنيع المنتجات الخشبية في أمريكا الشمالية.

المصدر: Weyerhaeuser

تقول الشركة إن غاباتها المدارة معتمدة وفق معيار مبادرة الغابات المستدامة (SFI). وتشمل ممارساتها إعادة التشجير وحماية مناطق بمحاذاة المجاري المائية، مع حصاد جزء صغير من المساحة سنويًا. ولا تعني الشهادة غياب جميع الآثار البيئية.

المصدر: Weyerhaeuser

يمكن لحجم الشركة أن يدعم كفاءة التشغيل والمشتريات وتوزيع التكاليف. لكن تكلفة الإنتاج تتغير بحسب المنطقة والمنتج ودورة السوق.

المصدر: Weyerhaeuser

إلى جانب السوقين الأمريكية والكندية، تصدر الشركة جذوع الأشجار إلى أسواق آسيوية، أبرزها اليابان والصين. ونسب الوجهات تتغير بحسب الفترة، ولا تمثل حصة تلك الدول من إجمالي إيرادات الشركة.

يساعد التنوع الجغرافي والتصدير على توزيع مصادر الطلب، لكن الشركة تظل معرضة لدورات الإسكان والبناء وأسعار الأخشاب.

قد يدعم التوجه لخفض الانبعاثات الطلب على بعض المنتجات الخشبية، إلى جانب عوامل مثل الإسكان والتكلفة والسياسات وحماية الغابات.

قد تستفيد شركات مثل Weyerhaeuser من نمو الطلب وتوفر مواد لمصنعي الأخشاب الهندسية. لكن حجم الاستفادة والربحية وعائد السهم ليست نتائج مضمونة.