“碳的铁律”意味着我们必须改变对设计的看法

当我在多伦多城市大学的室内设计学院和创意学院教授可持续设计时，我试图将在《拥抱树》中讨论的许多想法提炼成连贯的演讲。我今年的教学主题是预先碳排放的重要性——这是我经常在Treehugger上谈论的一个主题，这个术语实际上是在这个网站上开发的，在2019年的一篇题为“让我们将隐含碳重命名为“预先碳排放”“最近，我写了一篇文章，在其中我开发了我称之为”碳的铁甲法则．＂

这不仅适用于建筑，也适用于从汽车到电脑的一切事物。我越来越相信这是一个需要更多关注的问题，所以这里用一系列图表再次说明这个问题。

25年前，我们谈论的是能源，而不是碳。而具体化的能量，即使被提及，也不被认为是非常重要的。正如工程师约翰·斯特劳布在建筑科学文摘在美国，运行能量要重要得多。建筑漏水，能源供应肮脏。

施特劳布在2010年写道:“建筑运行、维护和照明的持续能源消耗，以及持续维护中体现的能源消耗，是建筑造成环境破坏和资源消耗的最大单一来源。”beplay体育官网电脑

他继续说:“科学的生命周期能源分析一再发现，用于建筑物运行和维护的能源使所谓的‘体现’能源相形见绌。科尔和克南(1996)和瑞普和布兰查德(1998)例如，我们发现运行能源占50年生命周期能源消耗的83%到94%。”

但有趣的是，随着建筑规范的收紧和建筑认证系统(如LEED或被动式房屋)的发展，建筑的效率越来越高:累积的运行能耗要比实际能耗长得多。在2009年，这是一个如此模糊的问题，以至于不得不解释麻省理工学院的文章关于蕴含能量:

随着世界努力减少能源消耗和温室气体(GHG)排放，许多注意力都集中在使现有和新建建筑更有效地运行上。但建筑技术副教授约翰·奥奇森多夫(John Ochsendorf)主要考虑的是建筑环境中另一个不太为人所知的方面:建筑的“蕴含能源”，即建筑中消耗的能源，包括所用材料的整个生命周期，从原材料的提取到制造、运输和在建筑现场安装产品。beplay体育官网电脑

John Ochsendorf也对50年甚至100年生命周期的能源使用提出了质疑。奥奇森多夫告诉麻省理工学院:“传统观点认为，运行能量远比蕴含能量重要，因为建筑物的寿命很长，可能有一百年。”“但我们在波士顿的办公楼，只用了20年就被拆除了。”

虽然其他人可能认为建筑物本质上是永久的，但他认为它们是“运输中的废物”。

随着政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布报告，许多人开始谈论碳排放，而不是能源消耗。政府间气候变化专门委员会提出了硬性碳预算，我们必须保持在这个预算之下，以将全球平均气温上升控制在1.5或2摄氏度以下。它决定，到2030年，我们必须将碳排放量减少近一半，到2050年，碳排放量几乎为零。很明显，谈论50年的生命周期毫无意义。

2019年，我写道:忘记生命周期分析吧，我们没时间了我总结道:“我们必须集中精力，在未来十几年内将二氧化碳排放量减少一半。”这就是我们的生命周期。”

同样在2018年左右，安大略省的绿色建筑工人克里斯·马格伍德(Chris Magwood)发布了他对“隐含碳”(embodied carbon)的一些研究。许多人开始用这个词来代替隐含能源，因为他们终于意识到碳是一个比能源更大的问题。这是违反直觉的，令人瞠目结舌。

因为在制造泡沫隔热材料的过程中会排放大量的温室气体，即使在30年的生命周期分析中，拥有两倍隔热材料的高性能建筑比按照传统建筑规范建造的蹩脚房屋排放更多。波士顿的一位建筑工人在一篇文章中写道关于马格伍德的文章“就像一盏灯亮了。我们做的一切都是错的。”

这些碳排放，橙色的大条，都发生在最开始，最前面。虽然“蕴含能量”有一定的意义，因为能量是用来制造东西的，但“蕴含碳”没有意义，因为碳会排放到大气中。这就是为什么建筑师Elrond Burrell、Jorge Chapa和我在Twitter上讨论“前期碳排放．＂

到2020年，很多人都在谈论不同的材料和它们的前期碳排放。基兰·汀布莱克的斯蒂芬妮·卡莱尔为快速公司：

“我们已经认识到，建筑师和工程师仅仅关注运营碳是不够的....当我们着眼于从现在到2050年预计建成的新建筑时，隐含碳，也被称为“前期碳”，因为它在建筑被占用之前就释放了，预计将占新建筑总排放量的近一半。对于执业建筑师、工程师、政策制定者和任何关心气候战略的人来说，这应该让我们停下来。”

事实上，很多人认为卡莱尔的碳排放量很低，只有一半。英国建筑师气候行动网络做了一项研究。”建筑的气候足迹并得出结论，“在典型的60年使用寿命中，一栋建筑的隐含碳排放量可达其总排放量的75%。”

我读了这份报告，一开始很难相信，但逻辑是不可避免的:随着运营能源需求的减少，前期碳排放占总量的比例会增加。在我心爱的被动式节能建筑中，它们几乎都是预先排放碳的。

我也意识到，不仅我们的建筑在变化，我们的能源供应也在变化。随着我们获得更多的可再生能源，我们的电力正在脱碳，风能和太阳能的价格也在不断下降。然后是热泵革命，我们可以从空气或地面提取热量，并通过屋顶太阳能运行。我们的可再生能源储存正变得越来越好，越来越便宜。和我恍然大悟他在2021年2月写道:

“很明显:如果建筑没有运行排放，那么一切都体现出来了。这就是为什么当你看到现在正在建造的东西，以及能源效率方面的法规走向时，处理隐含碳变得至关重要;它将主导我们建筑的碳足迹。ACAN报告中使用的75%的数字看起来不仅合理而且保守。”

几个月后，在写关于测量所有事物中隐含碳的重要性，我得出的结论是，这个问题甚至更大:“随着我们越来越多的东西，从汽车到工具，都依靠电力运行，随着我们的电网变得更清洁，随着我们的建筑效率越来越高，那么隐含碳或预先碳的问题就变得更加重要。”这似乎是一个适用于一切事物的基本原则，我将自命不凡地称之为‘碳的铁律’。”

我在某种程度上隐藏了这个故事的引子，因为我确实认为称这是一个铁板钉钉的规则是自命不凡的，而且，当时，我认为我可能夸大了这个案例的戏剧性效果。但我比以往任何时候都更加确信，这条规则不仅适用于建筑，也适用于一切。

所以请原谅我昨晚画了一张蹩脚的图来说明这一点，但是如果你的房子用煤气，运行的碳是显著的。如果你用脏电来运行热泵，它最终会赶上来的。但是，如果你住在水力发电的蒙特利尔或西雅图的一所隔热良好的房子里，并且有一个热泵，你几乎没有运行排放。你的家是100%的预付碳。

铁律适用于一切

建筑是前期碳排放的主要来源，但它们并不是唯一的来源，有些建筑的前期碳排放已经接近100%。以我的iPhone为例:苹果公布了生命周期数据，并计算了原材料，制造占83%，运输占3%，我认为这两个都是前期碳排放。他们列出的使用(运行它所消耗的能源)占80公斤碳排放量的12%。但是，根据他们的脚注，“电网结构的地理差异已经被考虑在内。”

他们可能使用的是美国电网的平均碳排放量，根据美国能源情报署的数据，每千瓦时二氧化碳排放量为0.85磅。但是，如果你住在西雅图或蒙特利尔，前期碳排放接近100%。这就是为什么我不去排队买新的iPhone 14——我想避免那些前期的碳排放。

然后是电动汽车和卡车的问题。目前还没有太多的生命周期数据，但《交通与环境》杂志研究了电动汽车的问题，发现尽管电动汽车的前期碳排放量为8.6公吨，而燃油汽车为5.4beplay体育官网电脑公吨，但就总排放量而言，电动汽车在2万公里处就领先了。但我给福特F-150闪电加了一条线詹姆斯·吉尔博伊和彼得·霍尔德里斯根据沃尔沃为其Polestar发布的数据，估计其前期碳排放量为46.5吨。他们指出，电动皮卡显然会比燃油卡车更好，但你必须考虑他们所谓的“进入碳成本”——也就是前期碳排放。

他们的结论是，尺寸很重要。很多。

“从这一切中可以得出两个主要结论。首先，仅仅成为一辆电动汽车并不足以实现可持续发展。与纯燃烧甚至混合动力卡车相比，电动卡车确实是一个长期的进步，如果它们能在路上行驶的话，但它们的资源密集型制造和庞大的体积使它们不如小型汽油动力汽车更环保。第二，虽然我们能够利用现有的少量数据来更好地了解电气化的影响，但我们接触的大多数原始设备制造商都缺乏信息，这表明汽车行业存在透明度问题，我们应该开始认真对待。”

如果你的电动汽车使用的是清洁能源，那么再一次，它们接近100%的前期碳排放，而且有很多。这就是为什么我继续写每辆汽车都应该是电动的，但我们也需要更少、更轻、更小的汽车，更多的自行车和电动自行车。

这就是为什么碳的铁律会影响我们的设计思维。长期以来，我们一直专注于设计以减少需求和运营排放，但我们减少的需求越多，前期排放就越占碳排放的主导地位。我们不能忽视他们。

我们也不能忘记，所有的清洁能源供应都必须来自某个地方，而且电网脱碳会带来成本和前期碳排放，这就是我们必须继续努力减少需求的原因。

如果我们没有忽视前期的碳排放，我们当然只是在口头上谈论这个问题。正如吉尔伯斯和霍尔德里斯所指出的，我们需要透明度。我们需要知道我们的烤面包机和特斯拉的前期碳排放是多少，以便做出明智的决定，并鼓励制造商减少碳排放。

这就是为什么，作为世界绿色建筑委员会指出用适用于所有事情的话来说，我们必须:

• 质疑我们是否真的需要这个。
• 减少和优化以“最大限度地减少交付所需功能所需的新材料的数量”。这包括“优先考虑低碳或零碳的材料。”
• 规划未来，为拆卸和解构而设计。

正如我的一个学生在一篇论文中指出的那样，“作为设计师，我们需要高效而简单地进行设计，从一开始就考虑到碳。这意味着什么都少用;工具、空间和材料。”

正如我多次提到的，我们需要思考充分性，简单,效率。

更正- 2022年9月25日:本文已被修订，以澄清效率问题和减少需求的作用。