E' possibile progettare un grattacielo zero carbon nel 2022? Definizione di un modello sperimentale nel Campus ETH di Zurigo

Massive population growth is expected to occur by 2050 when roughly 10 billion people will inhabit the Planet. The demand for new accommodations, infrastructures, and services will boost the pressure on the construction sector and, in this scenario, the most feasible solution seems to be building tall. Indeed, high-rise buildings have the potential to produce an important densification of the urban texture, while preventing urban sprawl phenomena. However, their impact on the environment is not negligible. The whole construction sector is among the main contributors to climate change, because of the considerable quantity of emissions produced during the construction (embodied energy) and the operation (operational energy) of the building. As a matter of fact, different policymakers across the World are working to promote a massive decarbonization of the sector, which has to be realized by 2050, with respect to the Paris Agreement. Specifically, high-rise buildings have been demonstrated to have a more significant impact than other typologies. It is evident the urgency to adopt appropriate mitigation strategies, to tackle overpopulation and reduce the incidence buildings have in the environmental challenges. With respect to these considerations, this thesis aims to verify whether it is possible to design a carbon-neutral building in the current state of technology. In particular, the main focus is on building materials, since little space was left for the subject’s related emissions, while energy has been discussed frequently over decades. To achieve the target, the employment of biogenic material has been indispensable. These play a crucial role in decreasing emissions, thanks to reduced embodied energy and their capability to stock carbon inside the building components. Furthermore, Life Cycle Assessment is applied within an iterative design cycle as a tool to take into account environmental impact. In the first place, a static LCA was used for choosing those materials having reduced GWP. A dynamic approach is used, in the end, for the result validation, so to verify carbon neutrality has been achieved considering the contribution of biobased materials and the variable time horizon for the GHGs release. The results point out that designing a zero-carbon tall building is possible. Indeed, Neighborwood, thanks to the enormous quantity of timber and other natural materials used, achieves the target even in advance respect to what is expected.

Un’enorme crescita della popolazione è prevista entro il 2050, anno in cui circa 10 miliardi di persone abiteranno il pianeta Terra. La richiesta per alloggi, infrastrutture e sevizi provocherà una consistente pressione sul settore delle costruzioni e, in tale prospettiva, sembra che costruire in altezza sia la soluzione più opportuna. Infatti, gli edifici alti hanno il potenziale di portare ad una densificazione del tessuto urbano prevenendo, quindi, che si incorra in fenomeni di sprawl. Ciò nonostante, il loro impatto ambientale non è trascurabile. L’intero settore delle costruzioni è tra i principali responsabili del cambiamento climatico, a causa della grande quantità di emissioni prodotte sia in sede di costruzione (energia incorporata) che di utilizzo (energia operazionale) dell’edificio. Posto ciò, gli enti nazionali e sovranazionali sono impegnati, oggi, nel promuovere la decarbonizzazione di tale ambito che, secondo gli accordi di Parigi del 2015, dovrà avvenire entro il 2050. Nello specifico il problema è acuito negli edifici alti, i quali hanno un impatto più significativo rispetto alle altre tipologie edilizie. È, quindi, evidente l’urgenza di adottare appropriate strategie di mitigazione al fine di affrontare sia il problema della sovrappopolazione che per ridurre l’incidenza che gli edifici hanno nella sfida ambientale. Tenuto conto di quanto premesso, lo scopo del lavoro di tesi è verificare se sia possibile progettare, con le tecnologie attuali, un edificio alto che sia carbon neutral entro il 2050. Si premette che il maggiore focus riguarderà le riduzioni delle emissioni associate ai materiali impiegati nella costruzione, sicché questa tematica, rispetto a quella energetica, è ancora poco toccata. Per perseguire l’obiettivo, è stato indispensabile l’impiego di materiali biogenici. Questi rivestono un ruolo cruciale nel decrementare le emissioni, grazie alla ridotta energia incorporata e alla capacità di stoccare CO2 all’interno delle componenti edilizie, durante il ciclo di vita dell’edificio. Inoltre, il Life Cycle Assessment è stato utilizzato all’interno del processo di progettazione, in quanto strumento per la valutazione dell’impatto ambientale. Esso viene impiegato in due fasi distinte della progettazione. Nella prima di tipo preliminare, è stato impiegato un metodo statico, al fine di individuare i materiali edilizi con ridotto potenziale di riscaldamento climatico. Il secondo ambito di applicazione ha, invece, riguardato la validazione dei risultati. In questo caso si adopera un LCA dinamico per verificare che l’edificio in oggetto sia effettivamente carbon neutral nel 2050. Gli esiti del lavoro di tesi dimostrano il possibile raggiungimento dell’obiettivo. Infatti, Neighborwood, grazie all’impiego prevalente di legno ed alti materiali naturali, riesce a raggiungere un bilancio di emissioni netto pari a zero pochi anni prima dell’orizzonte temporale stabilito.