Устойчивость и перерабатываемость стальных зданий: экологичный выбор

Перерабатываемость стали и циклическая экономика

Как сталь поддерживает циклы материалов от «колыбели до колыбели» в строительстве

Что делает сталь настолько особенной в области экологичного строительства? Прежде всего, её способность перерабатываться снова и снова без потери прочности является довольно выдающейся. Возьмём, к примеру, бетон или древесину — эти материалы со временем деградируют при переработке, тогда как сталь остаётся такой же прочной, независимо от того, сколько раз она проходит процесс переработки. Согласно данным Всемирной ассоциации производителей стали, около восьми из десяти стальных изделий перерабатываются после завершения их срока службы. Речь идёт о реальных зданиях — старых офисных небоскрёбах, которые сносят, чтобы затем использовать их стальные балки при возведении совершенно новых конструкций в других местах. Экологические преимущества также огромны. Каждая тонна переработанной стали означает, что нам не нужно добывать почти такое большое количество сырой железной руды — на самом деле примерно на 62 процента меньше, что снижает множество проблем, связанных с добычей полезных ископаемых, от уничтожения среды обитания до загрязнения воды.

Развенчивание мифов: Действительно ли достижима 100-процентная перерабатываемость стали?

Никакой материал не достигает 100% переработки, но сталь определённо выигрывает в этой гонке. В реальных условиях около 93–98 процентов строительной стали в конечном итоге перерабатывается. Часть материала теряется из-за покрытий на металле или при смешивании различных сплавов, но современные технологии сортировки стали настолько эффективными, что мы восстанавливаем почти всё (примерно 99,9%) количество стали, найденной на старых строительных площадках. Особенно интересно то, как долго сохраняется это свойство. Стальные балки из высотного здания, построенного ещё в 60-х годах, могут быть повторно использованы так же эффективно, как и совершенно новая сталь, только что выпущенная из печей сегодня. Эта вечность даёт стали большое преимущество перед другими материалами.

Можно ли бесконечно перерабатывать сталь? Экологические последствия и ограничения

То, как расположены атомы стали, позволяет бесконечно повторно использовать её без потери качества, хотя экологичность переработки в значительной степени зависит от источника энергии. Когда электродуговые печи работают на возобновляемых источниках энергии, они могут перерабатывать старые стальные отходы, выделяя всего 0,4 тонны CO₂ на каждую переработанную тонну. Это на самом деле примерно на три четверти меньше загрязнения по сравнению с традиционными методами доменной плавки. Тем не менее, большинство регионов мира пока не достигли такого уровня. Согласно данным Worldsteel за прошлый год, такие более чистые электрические печи составляют всего около 29% от общего объёма производства стали в мире. Таким образом, до тех пор, пока наша электроэнергия не будет поступать из более экологичных источников, полный экологический потенциал переработки стали остаётся нереализованным.

Роль стали в замыкании цикла в рамках круговой экономики строительного сектора

Согласно недавнему исследованию 2023 года, опубликованному экспертами по круговой экономике из Массачусетского технологического института (MIT), стандартизированные подходы к проектированию могут обеспечить повторное использование материалов на уровне около 90% в коммерческих стальных конструкциях. Ключ заключается в модульных соединениях между элементами конструкции, которые позволяют инженерам разбирать балки, а не переплавлять их полностью, тем самым сохраняя всю ту накопленную энергию, которая была затрачена на их первоначальное производство. Если совместить этот подход с так называемыми паспортами материалов, которые фиксируют, какой именно вид стали и где был использован, то потенциально можно сократить отходы строительной отрасли почти на полмиллиарда тонн ежегодно до наступления 2040 года. Представьте себе, что старые складские помещения при сносе рассматриваются не как свалки мусора, а как кладовые, полные пригодных для повторного использования деталей. Стальные здания становятся реальными примерами того, как наша практика строительства должна измениться — от простого одноразового потребления к созданию систем, в которых материалы многократно используются снова и снова.

Экологические преимущества переработки строительной стали

Использование переработанной строительной стали даёт реальные экологические преимущества и помогает решить ряд серьёзных проблем устойчивого развития, с которыми сегодня сталкивается строительная отрасль. Здесь особенно выделяется циклическая природа стали. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, около 85 процентов строительной стали перерабатывается после завершения срока службы зданий. Это позволяет сохранить миллионы тонн материала от попадания на свалки и одновременно сокращает потребность в энергии. Переработка использованной стали требует примерно на 72 % меньше энергии по сравнению с производством новой стали с нуля. В настоящее время производители фактически используют до 93 % переработанного материала при изготовлении определённых типов балок и колонн. Разница получается существенной: при производстве каждой тонны стали с применением современных методов выбросы CO₂ сокращаются примерно на 2 тонны по сравнению со старыми технологиями. Такое сокращение имеет большое значение для компаний, стремящихся сделать свою деятельность более экологичной, не жертвуя при этом качеством.

Рассматривая, как различные материалы влияют на окружающую среду с течением времени, здания из стали, изготовленные с использованием переработанных материалов, на самом деле производят примерно на 40–50 процентов меньше выбросов в течение всего срока службы по сравнению с обычными бетонными зданиями. Почему? Потому что сталь можно перерабатывать бесконечно, не теряя при этом прочности или качества, чего не могут сказать ни древесина, ни бетон. У дерева есть естественные ограничения, а производство бетона зависит от производства цемента, которое выбрасывает огромное количество углекислого газа. Недавние исследования 2023 года показывают, что складские помещения, построенные со стальным каркасом, достигают важной точки нулевого углеродного баланса в эксплуатации примерно на 17 лет раньше, чем аналогичные здания, построенные из бетона. Всё это логично, если подумать об этом таким образом.

Оценка жизненного цикла материалов стальных конструкций

Условный углерод и оценка жизненного цикла в стальном строительстве: измерение устойчивости

Оценки жизненного цикла, или сокращённо LCA, по сути отслеживают, какой ущерб окружающей среде наносят стальные здания на протяжении всего их существования. Сюда входит всё — от добычи сырья до того, что происходит в конце эксплуатации, будь то переработка или нет. Цель состоит в том, чтобы определить так называемый «встроенный углерод», то есть все парниковые газы, выделяемые на каждом этапе жизненного цикла здания. В наши дни производство стали с использованием электродуговых печей и большого количества вторичного лома может сократить этот встроенный углерод примерно на 60–70 процентов по сравнению со старыми методами, согласно исследованиям Кабесы и других специалистов 2014 года. Более недавнее исследование, опубликованное в журнале Engineering Structures, также показало интересные результаты: когда строители делают акцент на повторном использовании стальных элементов вместо постоянного начала с нуля, им удаётся сократить выбросы за весь жизненный цикл до 52 %. Это показывает, насколько важны оценки жизненного цикла для создания решений, которые действительно полезны как для окружающей среды, так и для экономики.

Сталь против альтернативных материалов: экологические показатели жизненного цикла

При оценке по пяти экологическим категориям — истощение ресурсов, закисление, эвтрофикация, глобальное потепление и разрушение озонового слоя — сталь превосходит бетон и древесину по долговечности и перерабатываемости. Например:

Хотя у древесины ниже начальные выбросы, соотношение прочности к весу у стали позволяет сократить расход материала на 40% в зданиях средней этажности (Burchart-Korol, 2013), что компенсирует её углеродный след в течение нескольких жизненных циклов.

От сноса до повторного использования: переработка стальных конструкций после завершения срока службы

Сталь можно перерабатывать снова и снова в так называемой замкнутой системе, что означает, что около 98% стали восстанавливается при сносе зданий. Сталь, полученная в этом процессе, по своим структурным характеристикам ничем не уступает новой. Благодаря современным технологиям сортировки крупные конструктивные элементы, такие как балки и колонны, не всегда нуждаются в переплавке. Согласно исследованию Бузату и его коллег, опубликованному в прошлом году, каждый спасённый таким образом тонн стали позволяет сократить выбросы углерода примерно на 1,5 тонны. Для всех, кто интересуется устойчивыми методами строительства, такая переработка делает стальные конструкции особенно ценными активами для достижения целей циркулярной экономики, к которым сегодня стремятся многие города и строительные компании.

Использование переработанной стали в устойчивом проектировании зданий

В современном строительстве всё большее значение приобретает цикличность материалов, и в этом процессе конструкционная сталь выступает лидером благодаря своей уникальной способности к многократному повторному использованию. Ведущие компании отрасли теперь указывают использование конструкционной стали, содержащей более 90% переработанных материалов, что соответствует строгим критериям LEED v4.1 по повторному использованию материалов при сохранении стандартов производительности ASTM.

Содержание переработанных материалов в конструкционной стали: отраслевые стандарты и ориентиры

В строительной отрасли из стали сегодня существуют стандартные нормы содержания переработанных материалов, что стало возможным благодаря таким инициативам, как программа Cradle to Cradle Certification, а также Декларациям экологических характеристик продукции (Environmental Product Declarations), о которых мы постоянно слышим. Эти системы сертификации в основном обеспечивают сохранение структурной прочности стали после её многократной переработки. Согласно мировой статистике, большинство стальных балок и колонн сегодня содержат более 85% переработанного материала. И вот что интересно: исследования показывают, что использование одного тонны переработанной стали вместо новой позволяет сэкономить около 1,5 тонны выбросов углекислого газа. Это существенный вклад, учитывая объёмы стали, используемые в строительстве зданий.

Стратегии проектирования для максимального использования стали с высоким содержанием вторичного сырья в коммерческих проектах

Передовые архитекторы применяют три ключевые тактики для оптимизации использования переработанной стали:

• Модульная конструкция обеспечение возможности демонтажа компонентов и их повторного использования в будущем
• Спецификации гибридных материалов сочетание стали с высоким содержанием вторичного сырья с альтернативами бетона с низким уровнем выбросов углерода
• Цифровые паспорта материалов отслеживание состава стали на протяжении всего жизненного цикла зданий

Интегрируя эти подходы, Всемирная ассоциация производителей стали сообщает, что коммерческие проекты могут сократить скрытые выбросы углерода на 40–60%, сохраняя сопоставимость по стоимости с традиционными методами. Такой двойной фокус на экологической и экономической эффективности делает переработанную сталь основой устойчивой инфраструктуры следующего поколения.

Декарбонизация сталелитейной промышленности: пути достижения нулевых выбросов в будущем

Обязательства по достижению нулевых выбросов в сталелитейной промышленности: текущий прогресс и цели

Более половины всего производимой в мире сырой стали теперь охватывается корпоративными обязательствами по достижению нулевого баланса выбросов, поскольку страны по всему миру стремятся к углеродной нейтральности в своих промышленных секторах к середине века. Разные регионы по-разному подходят к этой задаче. В Европе многие сталелитейные компании делают ставку на водородные технологии для более экологичных производственных процессов. Между тем американские компании в большей степени полагаются на дуговые электропечи, снижая выбросы на 58–70 процентов по сравнению с традиционными доменными печами, согласно исследованию, опубликованному Советом по охране чистого воздуха в прошлом году. Некоторые прогрессивные группы в отрасли экспериментируют с радикальными новыми методами, такими как электролиз расплавленного оксида. Если эти инновации окажутся успешными, они могут практически полностью устранить выбросы диоксида углерода при первичном производстве стали, хотя широкое внедрение остаётся неопределённым из-за текущих технологических ограничений и высокой стоимости.

Инновации и меры, способствующие сокращению выбросов парниковых газов в производстве стали

Три технологических направления доминируют в усилиях по декарбонизации:

1. Водородное прямое восстановление железа (H2-DRI) – Заменяет коксующийся уголь зелёным водородом при переработке железной руды
2. Улавливание, использование и хранение углерода (CCUS) – Улавливает 85–95 % выбросов от существующих предприятий
3. Оптимизация дуговой печи на базе лома – Максимально увеличивает долю переработанных материалов в стальных конструкциях зданий и инфраструктуре

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Sustainable Materials and Technologies ещё в 2023 году, эти новые подходы могут сократить выбросы по всей отрасли примерно на 56 процентов к середине 2030-х годов. Чтобы ускорить этот процесс, правительства по всему миру внедряют налоги на углеродный экспорт и выделяют около семидесяти пяти миллиардов долларов на финансирование инициатив по производству экологически чистой стали. Возьмём, к примеру, Механизм корректировки по углеродным границам Европейского союза: CBAM уже побудил примерно четверть стран, импортирующих сталь, начать рассматривать более экологичные способы производства своей продукции. Интересно то, как все эти изменения в политике влияют на наше восприятие самих стальных конструкций. Вместо того чтобы быть просто зданиями, они превращаются в своего рода хранилища углерода, где материалы можно сохранять и многократно использовать в будущих строительных проектах.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Что делает сталь пригодной для переработки без потери прочности?

Сталь можно перерабатывать бесконечно, не теряя прочности, благодаря своей уникальной атомной структуре, что позволяет сохранять целостность материала при многократных циклах переработки.

Правда ли, что 100% стали можно переработать?

Хотя 100-процентное восстановление невозможно ни для одного материала, на практике сталь поддаётся переработке на уровне от 93% до 98%, значительно превосходя большинство других материалов.

Как процессы переработки стали влияют на выбросы CO2?

Переработка стали в электродуговых печах, особенно при использовании энергии из возобновляемых источников, значительно снижает выбросы CO2, уменьшая их примерно на три четверти по сравнению с традиционными методами доменной плавки.

Каково воздействие переработки стали на окружающую среду?

Переработка стали снижает потребность в добыче сырой железной руды, уменьшает потребление энергии на 72% и сокращает объёмы отходов на свалках, что вносит значительный вклад в охрану окружающей среды.

Какие стратегии конструктивного проектирования позволяют максимально использовать переработанную сталь?

Стратегии включают модульную конструкцию для разборки и будущего повторного использования, спецификации гибридных материалов и цифровые паспорта материалов для отслеживания состава стали на протяжении всего срока её службы.