Ролята на строителните материали върху климата и околната среда

Негативното въздействие на строителството върху климата и околната среда и необходимостта от трансформация в посока използване на екологични, приросъобразни строителни материали

 Строителната индустрия в момента е отговорна за около 40% от глобалните емисии на парникови газове. С цел смекчаване на климатичните промени и отрицателното им въздействие върху природата и здравето на хората, е необходим преход от използването на конвенционални, енергоемки материални с екологични и социални ефекти, които да имат отрицателен въглероден отпечатък. Съществуват два вида строителни материали, които са щадящи за климата – въглеродно неутрални и материали с отрицателен въглероден отпечатък.

Пътуване в дълбините на индустриалната епоха

Вратите се отвориха и пристъпих напред, а колелата на немската железница затракаха и продължиха забързано неуморния си ход – след броени часове щях да бъда свидетел в процеса за производство на стомана, в рамките на програмата от предстоящия съботно-неделен семинар, включващ посещение на завод за металопроизводство.

Раздадоха на всички предпазни очила и костюми и се оправихме във вътрешността на фабриката и мъничка стая с брониран прозорец, осигуряващ поглед към огромна зала с височина на многоетажна сграда. След минути започнаха мощни експлозии, чиито оглушителни тътени накараха групата да наблюдава безмълвно процеса на разтопяване на суровини и производство на стомана. В следващия цех тътенът от експлозиите беше заменен от монотонното паралелно движение на десетки формовани метални профили, а единици служители – управляващи поточните линии – носеха постоянно защитни черни очила в затвореното и тъмно помещение, осветено от движещите се линии с нагорещена, валцувана стомана. Чувствах се като пътешественик в дълбините на земята – в една противоестествена епоха, чиито тътен сякаш започва да отшумява във времето…

^{Фигура 1: Работник във фабрика за производство на стомана, Източник.}

Строителството на кръстопът между природна криза и климатична неутралност

Времето, в което живеем, се характеризира с период на масово строителство: още през изминалата година на седмична база е била застроена площ с размерите на Париж. Строителството и в момента има огромно въздействие върху климата и глобалното затопляне, а до 2060 г. се очаква общата сградна територия в световен мащаб да се удвои, респективно рискът за околната среда също ще се увеличи многократно. 

Строителната индустрия в момента е отговорна за около 40% от глобалните емисии на парникови газове, като 11% са резултат от производството на строителни материали, доставката и приложението им. Най-широко разпространените строителни материали, които се използват за основи и конструкция на сгради, са бетонът и стоманата, които са и основният генератор на вредни емисии за околната среда. Други материали като PVC и полистирен – основа за топлоизолационните материали XPS и EPS, също имат значителен негативен принос. 

През 2021 г. Европейският парламент приема Европейския закон за климата, целящ климатична неутралност до 2050 г. и намаляване на нетните емисии на парникови газове с най-малко 55% до 2030 г., увеличавайки с 15% предишните поставени цели. За постигане на установените цели обаче е необходимо да използваме материали с минимален или отрицателен отпечатък, чието въздействие се оценява чрез стандартна методология за точно изчисляване на въглеродния отпечатък и въздействие върху околната среда. Оценката на жизнения цикъл (“Life Cycle Assessment”) включва изследване върху доставка на суровини, производство, строителство, експлоатация и демонтаж на строителните материали.

^{Фигура 2: Фабрика за производство на цимент. Източник.}

Какво е въздействието на различните строителни материали върху околната среда?

Строителните материали имат сериозен въглероден отпечатък и използването им представлява явно предизвикателство, свързано с климатичните промени. Въплътен или вграден въглерод е въглеродният отпечатък на материалите. Той е индикатор за общото въздействие на всички въглеродни емисии, преписвани на материалите през целия им жизнен цикъл (извличане от земята, производство, транспорт, обработка, строителство, поддръжка и край на живота/изхвърляне. „Въплътеният въглерод“ в сградите е резултат основно от енергоемкото производство на: цимент, стомана, алуминий, пластмаса, печени тухли, стъкло и различни изолационни материали, като напр. полистирен. Направата на материалите включва добив и сурово производство, разтапяне, промишлено производство, транспорт и всяка дейност изисква енергия и фосилни горива – респективно генерира и множество вредни емисии. Освен това при създаването си, циментът включва и нездравословни химически процеси, които освобождават допълнителни парникови газове и води до изчерпване на природните ресурси, като напр. пясъка, както и до ерозия на екосистемите.

Бетонът е най-широко използваният строителен материал, защото е сравнително евтин и с него се работи бързо и лесно. Всяка година се произвеждат около 4 млрд. тона цимент, предназначени за влагането им в над 30 млрд. тона бетон, използван за строителни нужди. „Цената“ за масовото приложение на бетона обаче се равнява на около 7% от общите глобални емисии на въглерод – по-голямо вредно влияние дори от световната авиация.

^{Фигура 3: Въглероден отпечатък на бетона. Източник} 

Стоманата, по време на производствената си фаза чрез изгаряне на въглища, на свой ред отделя около 2 пъти повече въглероден диоксид спрямо собственото си тегло. Създават се и вредни замърсяващи елементи, които допринасят за киселинни дъждове, увреждане на почвата и растителните култури, а нафталинът, отделен от изгорените въглища, може да предизвика ракови заболявания.

^{Фигура 4: Производство на стомана. Източник} 

Пещите за производство на тухли замърсяват въздуха и създават токсични газове, които застрашават човешкото здраве, като водят до респираторни заболявания и повишена смъртност. Индустриалните пещи използват над 375 млн. тона въглища годишно, които водят до над 1072 млн. тона въглеродни емисии, равняващи се на: 3% от световните емисии и 1/3 от емисиите, генерирани от всички сгради в света.

Намаляването на въглеродния отпечатък и използването на климатичнонеутрални строителни материали е задължително решение в борбата с климатичните промени.

^{Фигура 5: Пещи за производство на тухли. Източник}

Строителни материали с отрицателен въглероден отпечатък

Съществуват два вида строителни материали, които са щадящи за климата: 

1. Въглеродно неутрални материали – премахват от атмосферата същото количеството на въглеродни емисии, което е необходимо за добива и/или производството им,
2. Материали с отрицателен въглероден отпечатък – абсорбират повече емисии, отколкото се отделят при процеса на производството им.

Съществува изследване, което класифицира негативното въздействие на различните строителни материали. Проучването е основано на Декларациите за екологично въздействие (Environmental Product Declaration, EPD) и взима предвид анализа за жизнения цикъл на материалите и различните фактори за тяхното въздействие върху околната среда. Факторите включват въглероден отпечатък, потенциал за разграждане на озоновия слой, фактор за окисляване на почвите и др. 

Изследванията показват (Фиг. 6), че въглеродният отпечатък е най-висок при производството на метали – такива като алуминий, галванизирана и покривна стомана, мед, цинк, със стойности между 10 000 – 30 000 кг C0₂/м³. Следващите материали с високи нива на въглероден отпечатък са конструктивна стомана, фолио и винили, керамични настилки, алуминиева дограма и др., които са със стойности между 1000 – 10 000 кг C0₂/м³. След тях по интензивност се нареждат материали като тухли, дървена дограма, троен- и двоен стъклопакет, бетонни керемиди, паромембрани, стоманобетон, гипсокартон, мазилки, топлоизолация от полиуретанова пяна и др. със стойности в рамките от 100 до 1000 кг C0₂/м³. В по-ниската категория са топлоизолации като XPS, EPS, каменна вата, перлит, глинена мазилка. А материали с почти нулево въздействие са: глина и трамбована земна маса, целулоза, коноп и стъклена вата.

Материалите с отрицателен въглероден отпечатък са: слама, конструктивно дърво, шперплат, многослойно слепен дървен материал, изолация и плоскости от дървесни влакна, MDF, паркет и др.

^{Фигура 7: Пирамида за въглеродния отпечатък на някои строителни материали. Адаптирано от: archdaily.}

Нека да разгледаме и примери от практиката: в състава на конструктивната дървесина има около 50% „въплътен въглерод“, защото възобновяемият материал има свойството да поглъща въглероден диоксид от атмосфера и в резултат повечето сгради от дърво са „въглеродно неутрални“. Конопът има сходна функция и може да абсорбира двойно повече въглерод спрямо обикновените гори и понастоящем е често приложим строителен материал, напр. в техниката наречена „конопобетон“ – смес от индустриален, екологичен коноп, вар и вода, който е много лек, с голяма здравина и може да се формува – заради които характеристики е наричан „бетон“, макар в състава му да не се влага цимент.

^{Фигура 8: Хибридна конструкция от дърво и метал. Източник}

Практически са правени и множество изследователски проекти: в приложения пример се доказва, че в проект за 9-етажна жилищна сграда единствено замяната на стоманобетонна носеща конструкция с хибридно решение от дърво като основен материал и метал – ще намали двойно въглеродния отпечатък на сградата при запазване на основите от стоманобетон и всички останали елементи и конфигурация на сградата. Логиката на проучването използва многослойна конструктивна дървесина и следва идеята, че дървото съхранява въглерод с години и при растежа си освобождава кислород, а също така е и възобновяем ресурс, който може да се рециклира или преизползва многократно. Смесената конструкция от дърво и носещи стоманени елементи е доказано пожаробезопасна и устойчива на земетръс за условията в съседна Турция заради олекотеното тегло на сградата, респективно и фундаментът е оптимизиран да носи по-малък товар и за направата му се използват по-малки количества стомана и бетон.

^{Фигура 9: Съпоставка на въглеродния отпечатък при конструкция на сградата от стоманобетон или дърво. Източник}

Връзката между въглеродните емисии и строителния сектор в България и световен мащаб

В световен мащаб сградният сектор е отговорен за около 10% от глобалните СО₂ емисии или общо около 4 млрд. тона, а средно на глава от населението се падат около 4,8 тона емисии. В България въглеродните емисии са почти двойно повече, съотнесено към броя граждани в страната, като основен източник на въглероден диоксид е енергийният сектор, а сградите имат два пъти по-малък принос в сравнение с глобалните данни. Въпреки това България е сред 60-те държави с най-голям принос за генерирането на въглеродни емисии и всяка стъпка за намаляването им би била разумна.

Изследване върху строителния сектор в Европа, в частност България, доказва, че най-продаваните строителни продукти в България за последното десетилетие са бетонът и циментът с общ пазарен дял от близо 28% (съответно 16,7% и 11%), равняващ се на стойност от над 370 млн. евро на годишна база. През 2019 г. е регистрирано и увеличение от 13,3% на емисиите на парникови газове (въглероден окис и диоксид, метан, азотни оксиди и прахови частици), като резултат от дейностите в българския строителен сектор. Неблагоприятен, но и важен, е фактът, че качеството на въздуха е много ниско заради високото ниво на фини прахови частици в страната (РМ 2.5).

Строителният сектор и потреблението на вода

^{Фигура 10: Чиста вода, Източник}

Човечеството използва около 300 000 тона вода на секунда – обем еквивалентен на 120 басейна с олимпийски размери. Строителството и в частност процесите за производство на стомана и бетон, освен че са изключително енергоемки и отделят огромни количества вредни емисии, са доказано отговорни и за консумацията на 30% от глобалните залежи на питейна вода, както и за замърсяването ѝ, за отрицателното въздействие върху екосистемите и за локалния недостиг на чиста вода. Фактите са следните: различните метали имат воден отпечатък на чиста вода между 10 и 80 литра на килограм материал, а циментът – между 2 и 3 литра/кг. За сравнение дървеният материал почти не консумира вода за производството си спрямо бетона, стоманата и стъклото.

^{Фигура 11: Офис комплекс, Пакистан. Източник}

В заключение, в епохата на антропогенни климатични промени е очевидна необходимостта от радикална трансформация –  в резултат от горенето на фосилни горива като въглища, петрол и газ, се увеличават парниковият ефект и се ускоряват климатичните промени, които водят до нарушаване на живота на човешки и животински общност, причиняват суши, наводнения, горещи въздушни течения, разтопяване на ледници, повишаване на морското равнище, затопляне на океаните и прочее.

Необходима е сериозна промяна в производството и използването на екологични естествени строителни материали, които са с отрицателен въглероден отпечатък, здравословни и употребата им има множество положителни страни пред използването на конвенционални индустриални материали, водещи до екологична, икономическа и здравословна, респективно социална криза. 

В следващи статии ще разгледаме видовете естествени материали и положителните им страни, техниките за строителство с тях, както и приложението им в съвременната архитектура по света и у нас.

Виж още: 

• Как строителството и използването на сградния фонд влияят на климата?
• Бетонът, основен градивен елемент и едно от най-разрушителните творения на цивилизацията
• “Пасивната сграда”: архитектурен стандарт, целящ минимално потребление на енергия

В публикацията са използвани материали от:

1. Намаляване на въглеродните емисии – цели и политики на Европейски Съюз
2. Зелената революция на биологичните материали
3. Въплътеният въглерод: Embodied Carbon – World Green Building Council (worldgbc.org)
4. Естествени материали
5. Иновативни строителни материали в Архитектурата
6. 11 строителни материала по-добри от бетона: 
7. Ползите за климата от използването на дърво, слама и глина
8. Строителни материали с отрицателен въглероден отпечатък
9. Влиянието на строителните материали върху климата
10. Скритата важност на строителните материали във връзка с климатичните промени
11. Какво е въздействието върху околната среда на различните строителни материали
12. Дизайн за намаляване на въглеродния отпечатък и възможност за демонтаж – промяна от стоманобетонна към хибридна конструкция от дърво и метал (експериментално проучване): https://www.mdpi.com/2071-1050/15/9/7273 
13. Какъв е „водният отпечатък“ на архитектурните проекти?
14. Световни данни за CO2 емисиите
15. Изследване върху строителния сектор в Европа, в частност: България
16. Асоциация за Строителство с Естествени Материали (АСЕМ)
17. NatureTecture | Природа и Архитектура: www.vnv.bg

Източник: Ролята на строителните материали върху климата и околната среда, Климатека

Aвторът аpxитeĸт Beceлин Beceлинoв e сертифициран дизайнер на пасивни сгради ĸъм “Инcтитyтa зa пасивни сгради” в Дapмщaд, Гepмaния. Завършил е специалност “Архитектура” в Университета по архитектура, строителство и геодезия в гр. София. Стипендиант е към нeмcĸaтa Фeдepaлнa фoндaция зa oĸoлнa cpeдa (DBU) на тeмa: “Πacивни cгpaди oт ecтecтвeни материали”. Πрез 2009 г. е победител в най-големия световен международен студентски ĸoнĸypc за устойчива архитектура, организиран от компанията “Сен-Гобен”. Има над 10 години опит като упpaвитeл в мeждyнapoднa ĸoмпaния c eĸип oт 60+ дyши, paзpaбoтвaщa пpoeĸти и peшeния в oблacттa нa мoдyлнo и ycтoйчивo cтpoитeлcтвo. Понастоящем разработва пpoeĸти в сферата на природосъобразната apxитeĸтypa.

Още по темата

25/04/2023

Земята

„Пасивната сграда“: архитектурен стандарт, целящ минимално потребление на енергия