Болат ғимараттардың тұрақты және қайта өңделетін сипаты: Экологиялық таза таңдау

Болаттың қайта өңделуі және шеңберлік экономика

Құрылыстағы материалдардың бастапқыдан соңғы кезеңге дейінгі шеңберлік циклын болат қалай қолдайды

Жасыл құрылыста болат неліктен осылайша ерекше? Мұның себебі, күшін жоғалтпай қайта-қайта қайта өңделу қабілеті. Мысалы, қайта өңдеген кезде уақыт өте құрылымы нашарлайтын бетон немесе ағашпен салыстырсаңыз, болат қанша рет қайта өңделсе де өзінің беріктігін сақтап қалады. Дүниежүзілік болат ассоциациясының мәліметтері бойынша пайдалану өмірі аяқталғаннан кейін болат өнімдердің оннан сегізі қайта өңделеді. Біз мұнда нақты ғимараттар туралы айтамыз — ескі ғимараттарды сөккеннен кейін олардың болат арқалықтары басқа жерде жаңа ғимараттардың бөлігі болып қайта туылуы мүмкін. Қоршаған ортаға да зор пайдасы тиеді. Қайта өңделген болаттың әрбір тоннасы шикізат ретінде темір кенін одан сайын 62 пайызға азырақ қазу қажеттілігін білдіреді, ал бұл үйінділер мен сулардың ластануы сияқты орман алқабының бұзылуынан бастап түрлі қазбалармен байланысты мәселелерді азайтады.

Мифтерді жою: Болаттың 100 пайыз қайта өңделуі шынымен мүмкін бе?

Ешқандай материал 100% қалпына келтіруге жақындамайды, бірақ болат бұл жарыста айтарлықтай алда. Нақты жағдайларда құрылымдық болаттың шамамен 93-98 пайызы қайта өңделеді. Кейбір материалдар металл бетіндегі қаптамалар немесе әртүрлі қорытпалардың араласуы салдарынан жоғалады, бірақ қазіргі заманғы сұрыптау технологиясы осылай дамыған, сондықтан ескі ғимарат алаңдарында табылған болаттың (99,9%-ға жуығы) толығымен қалпына келтіріледі. Бұның ерекшелігі – бұл қасиеттің ұзақ уақыт бойы сақталуы. 60-жылдары салынған биік ғимараттың болат арқалықтары бүгінгі күні печьтерден шығып жатқан жаңа болат сияқты тиімді қайта пайдаланылуы мүмкін. Бұл уақыттан тәуелсіздік болатқа басқа материалдармен салыстырғанда үлкен артықшылық береді.

Болатты шексіз қайта өңдеуге бола ма? Қоршаған ортаға әсері мен шектеулер

Болат атомдарының орналасуы сапасын жоғалтпай оны шексіз қайта пайдалануға мүмкіндік береді, бірақ қайта өңдеудің экологиялық таза болуы электр энергиясының қайдан келуіне байланысты. Электр доғалы пештер жаңартылатын энергиямен жұмыс істегенде, әрбір қайта өңделген тонна үшін тек 0,4 тонна CO₂ шығарып, ескі болат қалдықтарын өңдей алады. Бұл дәстүрлі домна пештерімен салыстырғанда шамамен үш төрттен біріне тең ластанудың азаюын білдіреді. Дегенмен, әлемнің көптеген аймақтары әлі де осы деңгейге жеткен жоқ. Өткен жылғы Worldsteel деректеріне сәйкес, бұл таза электр пештері глобальды түрде болат өндірудің тек шамамен 29%-ын құрайды. Сондықтан электр энергиясын өндіру көздері экологиялық таза болғанша болатты қайта өңдеудің толық экологиялық потенциалы пайдаланылмаған қалпында қалады.

Тұрғын үй секторының шеңберлік экономикасында тұйық циклды қамтамасыз етудегі болаттың рөлі

MIT-тің шеңберлік экономика сарапшылары жариялаған 2023 жылғы соңғы зерттеу бойынша, коммерциялық болат құрылымдарда стандартталған дизайн тәсілдері материалдарды қайта пайдалану деңгейін шамамен 90% дейін жеткізуі мүмкін. Сиқыр компоненттердің модульді байланыстарында жатыр, олар инженерлерге балкаларды толығымен балқытудың орнына ажыратуға мүмкіндік береді, сондықтан алғашқыда оларды жасауға кеткен энергияның барлығы сақталады. Дәл қай түрлі болат қай жерде қолданылғанын нақты бақылап отыратын материалдық паспорттар деп аталатын нәрселермен біріктірілген бұл тәсіл 2040 жылға дейін жылына шамамен жарты миллиард тоннаға жуық құрылыс қалдықтарын қысқартуға мүмкіндік береді. Ескі қоймаларды ластанған жинақтар ретінде емес, қайта пайдалануға болатын бөлшектерді іздеуге болатын қазыналар ретінде қараңыз. Құрылыс әдеттерін тек заттарды жұмсауға ғана емес, материалдар қайта-қайта қолданылатын жүйелерді жасауға өзгерту туралы нақты мысалдар ретінде болат ғимараттар шын мәнінде пайда болуда.

Құрылымдық болатты қайта өңдеудің экологиялық пайдасы

Қайта өңделген құрылымдық болатты қолдану қазіргі кезде құрылыс саласы алдында тұрған кейбір тұрақты даму мәселелерін шешуге мүмкіндік беретін нақты экологиялық пайданы әкеледі. Мұнда болаттың циклдік сипаты ерекше орын алады. Дүниежүзілік болат ассоциациясының деректері бойынша, ғимараттар өмірінің соңына жеткенде шамамен 85 пайыз құрылымдық болат қайта өңделеді. Бұл материалдың ондаған тонналарын полигонаға түсуінен сақтайды және энергияға деген қажеттілікті де азайтады. Қолданылған болатты қайта өңдеу шикізаттан таза жаңа болат өндіруге қарағанда шамамен 72% аз энергия жұмсайды. Қазіргі уақытта өндірушілер нақты балкалар мен бағандардың кейбір түрлеріне шамамен 93%-ға дейін қайта өңделген материал қосуда. Бұл айтарлықтай айырмашылық жасайды. Осындай заманауи әдістермен өндірілген әрбір болат тоннасы үшін ескі өндіру әдістерімен салыстырғанда шамамен 2 тоннаға дейін кем CO₂ шығарындылары байқалады. Сапаға әсер етпей, өз операцияларын экологиялық таза етуге тырысатын компаниялар үшін осындай төмендеу үлкен маңызға ие.

Әртүрлі материалдардың уақыт өте келе әсерін қарастырғанда, қайта өңделген материалдан жасалған болат ғимараттар қолданыстағы құрылыс кезінде тұтас бетон ғимараттармен салыстырғанда шамамен 40-50 пайызға аз эмиссия тудырады. Неліктен? Себебі болат өз беріктігі мен сапасын жоғалтпай-ақ шексіз қайта өңделе алады, ал бұл мүмкіндік ағаш пен бетонның екеуіне де тән емес. Ағаштың табиғи шектеулері бар, ал бетон цемент өндіруге тәуелді, ол көмірқышқыл газының ондаған тоннасын шығарады. 2023 жылғы соңғы зерттеулер болат каркастармен салынған қоймалар өзіне ұқсас бетоннан салынған ғимараттармен салыстырғанда жұмыс істеу кезінде маңызды «көміртегісі нөлдік» деңгейге шамамен 17 жыл ертерек жететінін көрсетті. Біз осылайша ойланғанда, бәрі логикалық түсінікті.

Болат Құрылыс Материалдарының Өмірлік Цикл Бағалауы

Болат Құрылыстағы Енгізілген Көміртегі мен ӨЦБ: Тұрақтылықты Өлшеу

Өмірлік циклді бағалау немесе қысқаша айтқанда LCА — бұл болаттан жасалған ғимараттардың пайда болғаннан бастап, пайдалы өмірінің соңына дейін (қайта өңделсе де, өңделмесе де) табиғи ортаға қаншалықты зиян келтіретінін бақылайды. Бұған ғимарат өмірінің барлық сатысында шығатын жылуға қауіпті газдар — яғни, «енгізілген көміртегі» деп аталатын заттар да кіреді. 2014 жылғы Cabeza және басқаларының зерттеулеріне сәйкес, электр доғалы пештер мен көп мөлшерде қайта өңделген қалдықтарды пайдаланып болат шығару кезінде ескі әдістерге қарағанда осы «енгізілген көміртегіні» шамамен 60-70 пайызға дейін азайтуға болады. Соңғы кездері Engineering Structures журналында жарияланған зерттеуде қызықты нәтиже көрсетілді. Құрылысшылар жаңадан өндіруге емес, болат бөлшектерді қайта пайдалануға назар аударса, өмірлік цикл шығындарын 52 пайызға дейін кемітуге болады. Бұл LCА-ның экологияға да, қарманға да пайдалы дизайн жасауда қаншалықты маңызды екенін көрсетеді.

Болат пен басқа материалдар: өмірлік циклдың экологиялық өнімділігі

Ресурстың таусылуы, әлсіреу, эвтрофикация, глобалды жылыну және озон қабатының жұқаруы деген бес экологиялық санат бойынша бағалай отырып, болат ұзақ мерзімді беріктігі мен қайта өңделуі бойынша темір-бетон мен ағаштан асып түседі. Мысалы:

Ағаштың бастапқы шығарындылары төмен болса да, болаттың салмаққа шаққандағы беріктігі орташа биіктіктегі ғимараттарда материалды пайдалануды 40%-ға азайтады (Burchart-Korol, 2013), бұл көміртегі іздерін қайталанатын өмірлік циклдар бойынша тазартуға мүмкіндік береді.

Жойылу мен қайта пайдалануға дейін: болат ғимараттардағы қызметін аяқтау кезіндегі қайта өңдеу

Болатты тұйық циклды жүйе деп аталатын және ғимараттар бұзылған кезде шамамен 98% қалпына келтірілетін жүйеде қайта қайта қайта өңдеуге болады. Бұл процестен қайтарып алған болатымыз жаңа болат сияқты құрылымдық тұрғыдан дәл сондай жақсы жұмыс істейді. Қазіргі заманның жақсырақ сұрыптау технологияларының арқасында үлкен құрылымдық бөлшектер, мысалы арқалықтар мен бағандар әрқашан балқыту процесінен өтуі керек емес. Бузату мен әріптестерінің соңғы жылы жарияланған зерттеуіне сәйкес, мұндай әдіспен сақталған әрбір болат тоннасы көміртегі шығарындыларын шамамен 1,5 тоннаға қысқартады. Көптеген қалалар мен құрылыс компаниялары қазір бағыт алған шеңберлі экономика мақсаттарына жету үшін тұрақты құрылыс тәжірибелеріне қызығатындар үшін мұндай қайта өңдеу болат құрылымдарын нақты маңызды активтер ретінде ерекшелейді.

Тұрақты құрылыс дизайндарында қайта өңделген болатты интеграциялау

Қазіргі құрылыс материалдардың шеңберлігіне барынша көңіл бөледі, ал құрылымдық болат оны қайта-қайта пайдалану мүмкіндігі арқасында осы өзгерістің алдыңғы қатарында тұр. Саланың жетекшілері қазір 90% немесе одан да көп қайталап өңделген материалдан тұратын құрылымдық болатты көрсетеді, материалдарды қайта пайдалану бойынша LEED v4.1 қатаң стандарттарын сақтай отырып, ASTM өнімділік стандарттарын сақтайды.

Құрылымдық болаттағы қайта өңделген материал: салалық стандарттар мен критерийлер

Болат құрылыс саласында қайта өңделген материалдардың қанша мөлшерде болуы керектігіне қатысты стандартты деңгейлер бар, оған себеп Cradle to Cradle сертификаттау бағдарламасы мен біз жиі естіп жүрген Қоршаған Орта Өнімдерінің Декларациялары. Бұл сертификаттау жүйелері негізінен болат қайта өңделген кезде, бірнеше рет қайталап пайдаланғаннан кейін де құрылымдық тұрақтылығын сақтайтындай етіп қамтамасыз етеді. Әлем бойынша цифрларға назар аударсақ, қазіргі уақытта болат арқалықтар мен тіреулердің көбісінде 85%-дан астам қайта өңделген материал бар. Мұның қызықты жағы: зерттеулер бір тонна жаңа болаттың орнына қайта өңделген бір тонна болатты пайдалану кезінде шамамен 1,5 тонна көміртегі диоксидінің шығарындыларын үнемдеуге мүмкіндік беретінін көрсетті. Бұл біздің ғимараттарымызға кететін барлық болатты ескергенде үлкен айырмашылық жасайды.

Коммерциялық жобаларда қайта өңделген болатты максималды пайдалану стратегиялары

Алға қарай ойлайтын архитекторлар қайта өңделген болатты пайдалануды оптимизациялау үшін үш негізгі тактика қолданады:

• Модульді дизайн компоненттерді ажыратып, болашақта қайтадан пайдалануға мүмкіндік беру
• Гибридті материалдардың техникалық сипаттамалары жоғары дәрежеде қайта өңделген болатты көміртегісі төмен бетондық қоспалармен жұптастыру
• Цифрлық материалдық паспорттар құрылыс өмірлік циклы бойынша болат құрамын бақылау

Бұл тәсілдерді интеграциялау арқылы Дүниежүзілік болат қауымдастығы коммерциялық жобалар шығындарды дәстүрлі әдістермен теңестіре отырып, енгізілген көміртегіні 40–60% азайтуға қол жеткізе алады деп хабарлайды. Қайта өңделген болатты келесі ұрпақтың тұрақты инфрақұрылымының негізгі элементі ретінде экологиялық және экономикалық тиімділіктің екі жақты бағытын қамтиды.

Болат өнеркәсібінің декарбонизациясы: Таза нөлдік болашаққа апаратын жолдар

Болат өнеркәсібіндегі Таза Нөлге ұмтылу: Қазіргі жетістіктер мен мақсаттар

Дүниежүзінде өндірілетін барлық шикі болаттың жартысынан астамы қазір корпоративтік таза нөлдік міндеттемелермен қамтылған, өйткені әлем бойынша елдер өздерінің өнеркәсіптік салаларында орташа мерзімге дейін көміртегі бейтараптыққа жету үшін тырысуда. Бұл мәселеге әртүрлі аймақтар әртүрлі тәсілдермен қарады. Еуропада көптеген болат өндірушілер таза өндіріс процестері үшін сутек технологияларына үлкен үміт артуда. Алайда, Американың компаниялары өткен жылы Clean Air Task Force жариялаған зерттеулерге сәйкес, ескі моданың өткен домна пештерімен салыстырғанда шығарындыларды 58-ден 70 пайызға дейін қысқартатын электр доғалы пештерге одан да көбірек сүйенеді. Сала ішіндегі кейбір алғашқы ойлау тобы балқыған тотықты электролизі сияқты радикалды жаңа әдістерді сынап көруде. Егер олар сәтті болса, бұл жаңашылдықтар бастапқы болат өндіру кезінде көміртегі диоксидінің шығарындыларын түгелдей жоюы мүмкін, бірақ қазіргі технологиялық шектеулер мен құнының биіктігіне байланысты кеңінен таратылуы белгісіз.

Болат өндіруде жылуқақпақ газдардың шығарылымын азайтуға бағытталған жаңашылдықтар мен саясаттар

Көміртегіні азайту бойынша үш технологиялық бағыт басымдықты қалыптастырады:

1. Сутекті тура тотықсыздандырылған темір (H2-DRI) – Темір кенін өңдеуде кокстік көмірді жасыл сутекпен алмастырады
2. Көміртекті ұстау, пайдалану және сақтау (CCUS) – Бар зауыттардан шығатын шығарындылардың 85–95% дейінін ұстап алады
3. Қалдық негізіндегі электр доғалы пеш оптимизациясы – Ғимараттар мен инфрақұрылымдарда қайта өңделген болат мөлшерін максималдандырады

2023 жылы Sustainable Materials and Technologies журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, бұл жаңа тәсілдер 2030-шы жылдардың ортасына таман бүкіл өнеркәсіп бойынша шығарындыларды шамамен 56 пайызға дейін қысқартуы мүмкін. Іс-шараны тездету үшін әлемдегі үкіметтер шектік көміртегі салықтарын енгізіп жатыр, сонымен қатар таза болат инициативаларын қаржыландыруға жетпіс бір миллиард доллар шығаруда. Мысалы, Еуропалық Одақтың Шектік Көміртегіні Реттеу Механизмі (CBAM) әзірше импорттаушы болат елдердің шамамен төрттен бір бөлігі өздерінің өнімдерін экожағдайға сай әдістермен жасауға итермеледі. Қызықтысы, бұл саяси өзгерістер болат конструкциялар туралы ойлауымызды қалай өзгертіп жатыр. Бұрынғыдай тек ғимараттар ретінде ғана емес, материалдар келешекте болашақ құрылыс жобаларында қайта қолданылу үшін сақталып, қайта пайдаланылатын көміртегі сақтау объектілеріне айналып жатыр.

Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

Болат неліктен беріктігін жоғалтпай қайта өңделеді?

Болат өзінің ерекше атомдық құрылымына байланысты беріктігін жоғалтпай-ақ шексіз ресайклдануы мүмкін, осылайша көптеген ресайклдау процестері барысында құрылымдық тұтастығын сақтай алады.

Болаттың 100% ресайклануы мүмкін бе?

Кез келген материал үшін 100% қалпына келтіру мүмкін болмаса да, практикалық жағдайларда болат шамамен 93% -дан 98% дейінгі ресайклдану деңгейіне жетеді, басқа көптеген материалдармен салыстырғанда едәуір озып тұрады.

Ресайкланған болат процестері CO2 шығарындыларына қалай әсер етеді?

Электр доғалы пештерде, әсіресе жаңартылатын энергиямен жабдықталған пештерде болатты ресайклау дәстүрлі домна печьтерімен салыстырғанда CO2 шығарындыларын шамамен үш төрттен бір бөлігіне дейін қысқартады.

Болатты ресайклаудың экологияға әсері қандай?

Болатты ресайклау түпкі темір рудасын өндірудің қажеттілігін азайтады, энергия тұтынуды 72% кемітеді және полигоналдағы қалдықтарды азайтады, ол экологияны қорғау шараларына маңызды үлес қосады.

Қайта қайталанған болаттың пайдаланылуын максималдандыратын құрылыс дизайн стратегиялары қандай?

Стратегияларға бөлшектеп жинау мен болашақта қайтадан пайдалану үшін модульдік дизайн, гибридті материалдардың техникалық талаптары және болаттың құрамын өмірлік цикл бойынша бақылау үшін сандық материалдық паспортлар жатады.