Болат құрылымды ғимараттардың қоршаған ортаға әсері

Темір құрылымды ғимараттардың өмірлік циклын бағалау

Құбылыс: Құрылыста темірдің әлемдік сұранысының өсуі

Дүниежүзінде құрылыста болаттың пайдаланылуы соңғы он жылда шамамен 40% өсті, негізінен қалалар өсіп келе жатқандықтан және барлық жерде жаңа жолдар, көпірлер мен ғимараттар қажет болып отыр. Бұл өсу неге байланысты? Себебі болат көптеген басқа материалдарға қарағанда беріктігі мен салмағының қатынасы бойынша тіпті жақсы жұмыс істейді, сонымен қатар компоненттерді объектіден тыс жасап, одан кейін орында тез жинауға болады, бұл архитекторларға көбірек шығармашылық еркіндік береді. Бұл сұраныстың көбеюінің шамамен екі үштік бөлігі дамып келе жатқан елдерден келеді, мұнда кәсіпорындар мен зауыттар дәстүрлі материалдардың орнына болат рамаларды қолданып салынуда. Бірақ бұның кемшілігі де бар. Болат өндірісі күшейген сайын экологиялық ұйымдар қазбалардың өзендер мен ормандарға қалай зиян келтіретіні туралы дауыстарын күшейтуде, ал болат зауыттары күнделікті тоннамен жылуға әсер ететін газдар шығарады. Бұл компаниялардың нарықтарын жауапкершілікті түрде кеңейту үшін ескі ғимараттарды қайта өңдеуге және болатты таза әдістермен өндіруге альтернативалар іздеуге тығыз ойлануы керектігін білдіреді.

Принцип: Жасыл есептің кезеңдер бойынша экологиялық жүктемелерді қалай сандық бағалауы

Өмірлік циклды бағалау (ҚҚБ) — бұл ғимараттардың табиғи ортаға әсерін олардың толық өмірлік циклы бойынша, бастап қажетті шикізаттың өндірілуінен және аяқтап, соңында олардың тигізілуіне дейін зерттейтін әдіс. Нақты мысал ретінде болат конструкцияларға ҚҚБ әдісін қолданған кезде, оның қолданысы мыналарды қамтиды: қазу және өңдеу операциялары кезінде қажетті энергия көлемі, уақыт өте келе жылыту мен салқындату жүйелерінің шығаратын көміртегі шығындары. Сонымен қатар, бұл конструкциялар өз қызмет ету мерзімінің аяғында қайта өңделуге жарамды болатыны да ескеріледі. Экологиялық әсерлерді әртүрлі кезеңдер бойынша санаттауға көмектесетін стандартталған әдістер бар, мысалы, ISO 14040. Бұл негізде өнімнің тіршілік циклының төрт негізгі кезеңін қамтитын, жалпысында шамамен 18 әсер аймағын қамтитын тәсілдер: жылытуға әкелетін газдардың шығындары, су пайдалану көлемі және потенциалды улы әсерлер.

Бұл бүтіндік тәсіл қалыпты болат құрылымдық ғимараттың көміртегі ізінің 73%-ы өндіріс сатысынан туындайтынын көрсетеді — бұл өндірістің көміртегісізденуі мен материал ағыстарын оптималдаудың маңыздылығын айқындайды.

Жағдай зерттеуі: 5 қабатты болат пен темірбетонды офис ғимаратының салыстырмалы өмірлік цикл талдауы (IEA, 2022)

Халықаралық энергия агенттігінің (2022) талдауы 50 жылдық өмірлік цикл бойынша болаттан жасалған офис ғимаратының функционалды эквиваленті темірбетонды нұсқасымен салыстыруын жүргізді. Зерттеу нәтижелері мынадай:

• Болат құрылысы құрылыс алаңынан тыс дайындалу арқасында жинақтау кезінде 23% аз энергия тұтынды
• Эксплуатациялық шығындар құрылымдың жеңіл массасы мен жақсартылған қабырға интеграциясы арқасында ауа-жылу жабдықтарының жүктемесінің азаюына байланысты 17% төмен болды
• Аяқталған сатыда қайта өңдеу арқылы болаттың 94%-ы қайта өңделді, ал темірбетонның қайта пайдаланылуы тек 34% құрады
• Жалпы глобалды жылыну потенциалы болат құрылымды ғимарат үшін 28% төмен болды

Ерекше айтып өтуге болады, балқытылған болаттың жеңіл негізінің талаптары материал көлемін 41% қысқартты, ал модульдік дизайн құрылымды жоюға әкелмейтін болашақ жоспарлау қайта құруын қолдады — бұл шеңберлік экономика тәжірибелерінің болаттың барлық өмірлік тұрақты даму артықшылықтарын қалай күшейтетінін көрсетеді.

Болат құрылымдық ғимараттардағы денелік көміртегі

Болат өндірісінің глобалды CO₂ шығарылуына қосқан үлесі

Дүниежүзілік болат өнеркәсібі 2023 жылғы Дүниежүзілік болат әріптестігінің деректері бойынша, барлық CO₂ шығарындыларының шамамен 7–9 пайызына жауапты. Осы шығарындылардың көпшілігі темір кентасын қалпына келтіру мен кокс өндіру үшін үлкен мөлшерде энергия қажет ететін процестерден туындайды; бұл процестер көмірді кеңінен қолданады. Ғимараттардағы болат құрылымдарға назар аударсақ, көміртегі ізі бірнеше сатыда жиналады: шикізаттың өндірілуі, оның ұзақ арақашықтыққа жеткізілуі және компоненттердің дайындалуы. Бұл барлық құрылыс ортасымен байланысты шығарындылардың шамамен 11 пайызын құрайды. Ғимараттардың пайдалану кезіндегі энергиялық тиімділігі артса да, қазір ең маңыздысы — өндіріс кезінде пайда болатын алғашқы шығарындылар. Сондықтан болат өндірудің әдістерін жаңарту — климаттық мақсаттарымызға келесі онжылдықта жету үшін тек қана тілекті ғана емес, толығымен қажетті шара.

Балқыту пеші мен электрдоғалы пеш: Көміртегі интенсивтілігі және декарбонизация бағыттары

Балқытқыш пеш-оттегі пеші әдісімен болат өндіру көлемі электр доғалы пештерде қайта өңдеу процестерімен салыстырғанда CO2-ді шамамен бес есе көп шығарады. Электр доғалы пештер негізінен қайта өңделген металл қалдықтарымен жұмыс істейді, олардың көміртегі іздері табиғи түрде әлдеқайда азырақ болады. Дегенмен, бұл пештердің шынымен тұрақты болуы негізінен электр энергиясын қамтамасыз ететін желілердің қаншалықты таза болатынына және біз қажетті мөлшерде қайта өңделетін қалдық материалдарын таба беруге қабілетті болатынына байланысты. Тікелей тотықсызданған темір өндіруіне сутегін интеграциялау сияқты жаңа тәсілдер, егер олар жасанды сутегі көздерінде жұмыс істесе, BF-шығындарын 95 пайызға дейін азайтуы мүмкін. Дүниежүзілік болат өндіріс қуатының көбірек бөлігін ЭДП технологиясына ауыстыру экологиялық мақсаттарға жету үшін мағыналы болып табылады. Қазіргі уақытта глобалды болат өндірісінің шамамен 28 пайызы ғана ЭДП әдістері арқылы алынады, сондықтан 2023 жылы «нөлдік шығын» мақсатына жету үшін Халықаралық Энергетикалық Агенттігінің соңғы болжамдары бойынша жақсартуға тағы да көп мүмкіндік бар.

Құрылыс құрылымдарының болашағы аяқталған кезде басқару және темірбетон құрылымдарының циклдық потенциалы

Жоғары қайта өңдеу көрсеткіштері мен шынайы циклдықты қамтамасыз етуге бағытталған жүйелік кедергілер

Балалық кезіндегі қабылдау құрылғысының әлемдік қайта өңдеу коэффициенті шынымен әсер ететін деңгейде — шамамен 90% шамасында, негізінен болса, болатты магниттік түрде бөлуге болады және бізде қалдықтарды өңдеуге арналған жақсы қалыптасқан жүйелер бар. Алайда, толық айналымдық экономика статусына жету әлі де қол жетімсіз сияқты. Проблема әртүрлі қорытпаларға бояулар араласқан кезде, сонымен қатар әртүрлі металл емес заттар да қосылған кезде туындайды. Бұл қалдық материалдың сапасын нашарлатады және оны жоғары құндылық деңгейінде қайта пайдалануды қиындатады. Қазіргі кездегі көпшілік нормативтік актілер негізінен ғимараттарды құрылымдық түрде жинастыруға емес, оларды қиратуға ынталандырады. Сонымен қатар, ешкім қиын, ұзақ уақытты жинастыру жұмыстары үшін жұмысшыларға қосымша ақша төлеуді қаламайды. Сондай-ақ, қайта пайдалануға жарамды компоненттер ретінде қабылданатын заттарға әртүрлі елдерде біркелкі стандарттар жоқ. Барлық бұл факторлар біріктірілгенде, көптеген қайта өңделген болат құрылымдық қолданыста қайта пайдаланылмай, төменгі сапалы өнімдерге түрлендіріледі, мәселесі — қалпына келтірілген материал көлемі өте көп болса да.

Төмен көміртекті болатты қайта пайдалану үшін қорытпалардың қалпына келуі мен қалдықтардың сапасын жақсарту

Құрамдық қалдықтарды қайта өңдеу саласындағы жаңа жетістіктер қайта өңдеуді тиімдірек етуге үлкен үлес қосады. Лазерлік индуцирленген ыдырау спектроскопиясы немесе қысқаша айтқанда LIBS сияқты сенсорлық жүйелер арқылы материалдарды сорттау қорытпаларды дәл анықтауға көмектеседі. Бұл хром мен никель сияқты маңызды металдарды өңдеу кезінде жоғалып кетуін болдырмауға мүмкіндік береді. Материалдарды алдымен бөліп алуға бағытталған тәсілдермен қатар, олардың тіршілік циклы бойынша цифрлық жазбаларда іздеу жүйелерін қолдану арқылы құрамында ненің бар екенін және ол қайда болғанын нақты бақылауға болады. Таза қалдықтар электрдоғалы пештердің жұмысын жеңілдетеді. Зерттеулер таза қалдықтарды өңдеуге арналған энергия шығыны аралас қалдықтарды өңдеуге қарағанда шамамен 30–40 пайызға төмендейтінін көрсетеді. Бұл логикалық, себебі таза кіріс материалдары ғимараттардың қажет ететін беріктік талаптарын қанағаттандырып отырған кезде төмен көміртекті құрылыс болатын өндіруге мүмкіндік береді.

Бұйымдарды кейінірек қайта өңдеуге арналған құрылымдық болат ғимараттардың жобасы

Аралықты жабу: Құрылымдық қайта пайдалануға болуы мен нақты өмірдегі DfD-ді енгізу

Болаттың беріктігі оны кейінірек қайта пайдалануға болатын құрылымдар үшін өте жақсы материал етеді, бірақ шын мәнінде көпшілік адамдар нақты өмірде Бұйымдарды кейінірек қайта өңдеуге арналған жобалау (DfD) тәжірибелерін іске асырмайды. Қазір әлеуметтік жауапкершілік мақсаттарынан гөрі ақша әлдеқайда күшті сөйлейді, сондықтан ғимараттарды ұзақ уақыт бойы ұқыпты түрде құрамынан жинамастан, оларды тез қирату экономикалық тұрғыдан әлдеқайда тиімді болып табылады. Регламенттер де белгілі бір материалдарды қайта өңдеу көрсеткіштерін қолдауға бағытталмаған. Бұйымдарды кейінірек қайта өңдеуге арналған жобаларды жоспарлау барысында толық құрылымдық тізбек толығымен ретсіз күйде. Сонымен қатар, болашақта қандай стандарттар қолданылатыны белгісіз, сондықтан кейінірек қайта пайдалануға болатын бөлшектерге инвестициялар жасау ең жақсы жағдайда да қауіпті болып көрінеді. Стандартты ережелер жоқ болғандықтан, көптеген берік болат арқалықтар сапалы құрылыс материалдары ретінде қайта пайдаланылмай, арзан металл қалдықтарына айналады.

Қолайландырғыштар: Болтты қосылыстар, Сандық материалдық паспорттар және Стандартталған компоненттердің кітапханалары

DfD іске асыруды жеделдететін үш өзара байланысты инновациялар:

• Механикалық бекітпелер : Болтты қосылыстар қызмет көрсету мерзімі бойынша құрылымдық бүтіндікті сақтай отырып, бұзылмайтын шашырауға мүмкіндік беретін дәнекерленген қосылыстарды алмастырады
• Цифрлық материалдық паспорттар : Химиялық құрамы, жүктеме тарихы және коррозияға қарсы қорғанудың бұлттық ортадағы құжаттамасы қайта қолданылатын элементтерді жаңа жобалардың талаптарына дәл сәйкестендіруге мүмкіндік береді
• Стандартталған компоненттердің кітапханалары : Модульді арқалық ұзындықтары мен қосылыс ерекшеліктері қайта қолданылатын бөліктерді қайта кесу немесе қайта құюды азайтып, қайта жинауды жеңілдетеді

Салалық талдау көрсеткендей, барлық үш стратегияны іске асыратын жобалар қайта қолдану көрсеткішін 85%-дан асады, ал әдеттегі демонтаж сценарийлерінде бұл көрсеткіш тек 35% құрайды — бұл мақсатты дизайндың өмірлік циклдың аяғындағы басқаруды қалдықтарды жоюдан құндылықты қалпына келтіруге айналдыра алатынын дәлелдейді.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Құрылыста болатқа сұраныс өсуінің негізгі себебі қандай?

Құрылыста болаттың сұранысының өсуінің негізгі себебі — оның жоғары беріктігі мен төмен массасының қатынасы мен компоненттерді алаңнан тыс жасау мен алаңда жинау ыңғайлылығы, бұл архитекторларға көбірек шығармашылық еркіндік береді.

Өмірлік цикл бағалауы (ӨЦБ) болат құрылымдарын бағалауда қалай көмектеседі?

ӨЦБ болат құрылымдарын бағалауда ғимараттың өмірлік циклы бойынша экологиялық әсерлерді, бастапқы шикізаттың өндірілуінен бастап соңғы тигізілуіне дейінгі кезеңде энергия мен көміртегі шығыны сияқты көрсеткіштерді сандық түрде бағалау арқылы көмектеседі.

Балқыту пеші мен электрдоғалы пеш әдістерінің негізгі айырмашылықтары қандай?

Балқыту пеші әдістері көміртегінің одан әрі шығуына әкеледі, олар электрдоғалы пеш процестеріне қарағанда шамамен бес есе көп CO₂ шығарады; ал электрдоғалы пеш әсіресе қайта өңделген металл қалдықтарымен жұмыс істейді және көміртегі ізінің көлемі аз.

Қайта жинауға арналған дизайн (ҚЖД) тұрақты дамуға қалай үлес қосады?

DfD тұрақты дамуға ықпал етеді, себебі болат құрылымдарды өшірілмейтін тәсілмен бөлуге мүмкіндік береді, қайта пайдалануды қолдайды және өмір циклының аяғындағы басқаруда қалдықтарды азайтады.