Сталеві будівлі зі сталі, придатної для вторинної переробки: екологічний вибір

Можливість повторного використання сталі та циркулярна економіка

Як сталь підтримує цикли матеріалів від колиски до колиски в будівництві

Що робить сталь такою особливою у світі екологічного будівництва? Ну, її здатність перероблятися знову і знову без втрати міцності є досить вражаючою. Візьмемо, наприклад, бетон або дерево — ці матеріали з часом погіршуються під час переробки, тоді як сталь залишається такою ж міцною, незалежно від того, скільки разів вона проходить процес переробки. Згідно з даними Всесвітньої асоціації виробників сталі, приблизно вісім із десяти виробів із сталі переробляються після закінчення терміну їх корисного використання. Ми говоримо про реальні будівлі — старі офісні хмарочоси, які зносять, а їхні сталеві балки отримують друге життя як частина абсолютно нових споруд у інших місцях. Екологічні переваги також значні. Кожна тонна переробленої сталі означає, що нам не потрібно видобувати майже таку велику кількість сировинної залізної руди — насправді приблизно на 62 відсотки менше, що зменшує різноманітні проблеми, пов’язані з видобутком, від знищення середовища проживання до забруднення води.

Спростування міфів: Чи справді можлива 100% переробка сталі?

Жоден матеріал не досягає 100% відновлення, але у цьому змаганні перемагає сталь. У реальних умовах близько 93–98 відсотків будівельної сталі фактично переробляється. Частина матеріалу втрачається через покриття на металі чи змішування різних сплавів, але сучасні технології сортування стали настільки досконалими, що ми відновлюємо майже весь (приблизно 99,9%) стальний лом із старих будівельних майданчиків. Особливого інтересу набуває той факт, що ця властивість зберігається надзвичайно довго. Стальні балки з будівлі, збудованої ще в 60-х роках, можуть бути повторно використані так само ефективно, як і нова сталь, що випускається сьогодні з печей. Ця вічність дає сталі значну перевагу над іншими матеріалами.

Чи можна сталь переробляти нескінченно? Екологічні наслідки та обмеження

Те, як розташовані атоми сталі, дозволяє їй нескінченно перероблятися без втрати якості, хоча екологічність переробки значною мірою залежить від джерела енергії. Коли електричні дугові печі працюють на відновлюваних джерелах енергії, вони можуть переробляти старий стальний брухт, виділяючи всього 0,4 тонни CO₂ на кожну перероблену тонну. Це насправді приблизно на три чверті менше забруднення у порівнянні з традиційними методами доменних печей. Проте більшість країн світу ще не досягли такого рівня. Згідно з даними Worldsteel за минулий рік, ці чистіші електропечі становлять лише близько 29% усієї світової виробництва сталі. Тож, доки ми не перейдемо на екологічніші джерела електроенергії, повний екологічний потенціал переробки сталі залишається невикористаним.

Роль сталі у замкненні циклу в рамках кругової економіки будівельного сектору

Згідно з нещодавнім дослідженням 2023 року, опублікованим експертами з економіки замкнутого циклу з MIT, стандартизовані підходи до проектування можуть забезпечити повторне використання матеріалів на рівні приблизно 90% у будівлях із сталевих конструкцій. Ключовим є використання модульних з'єднань між конструктивними елементами, які дозволяють інженерам розбирати балки замість того, щоб повністю переплавляти їх, зберігаючи всю ту накопичену енергію, яка була витрачена на їх первинне виробництво. Поєднавши цей підхід із так званими паспортами матеріалів, які фактично фіксують, який саме вид сталі використовувався та де саме, ми отримуємо потенційну можливість скоротити будівельні відходи майже на пів мільярда тонн щороку до 2040 року. Уявіть собі, що старі склади, які знімають, більше не є сміттєвими купами, а перетворюються на скарбниці, повні придатних для повторного використання деталей. Сталеві будівлі стають реальним прикладом того, як наші будівельні звички мають змінитися — від простого споживання матеріалів до створення систем, у яких матеріали постійно використовуються знову й знову.

Екологічні переваги переробки конструкційної сталі

Використання вторинної конструкційної сталі забезпечує реальні екологічні переваги, що допомагають вирішити важливі проблеми сталого розвитку, з якими сьогодні стикається будівельна галузь. Тут особливо вигідно відрізняється циклічний характер сталі. За даними Всесвітньої асоціації виробників сталі, близько 85 відсотків конструкційної сталі переробляється після закінчення терміну експлуатації будівель. Це дозволяє уникнути потрапляння великої кількості матеріалу на смітники та скорочує потребу в енергії. Переробка вживаної сталі потребує приблизно на 72% менше енергії, ніж виробництво нової сталі з первинної сировини. У наш час виробники фактично використовують до 93% вторинних матеріалів у певних типах балок і колон. Різниця, яку це дає, є значною. На кожну тонну сталі, вироблену сучасними методами, виділяється приблизно на 2 тонни менше CO₂ у порівнянні зі старішими технологіями виробництва. Таке скорочення має велике значення для компаній, які прагнуть зробити свої операції екологічнішими, не жертвуючи при цьому якістю.

Розглядаючи, як різні матеріали впливають на навколишнє середовище з часом, будівлі зі сталі, виготовленої з вторинної сировини, фактично виділяють приблизно на 40–50 відсотків менше викидів протягом усього терміну експлуатації порівняно зі звичайними бетонними будівлями. Чому? Тому що сталь можна переробляти нескінченно, не втрачаючи її міцності чи якості, що не можуть стверджувати ані деревина, ані бетон. Деревина має природні обмеження, а виробництво бетону базується на виготовленні цементу, який виділяє велику кількість вуглекислого газу. Останні дослідження 2023 року показують, що склади, побудовані зі сталевих каркасів, досягають важливої точки нульових вуглецевих викидів у експлуатації приблизно на 17 років швидше, ніж аналогічні будівлі з бетону. Якщо подумати, це цілком логічно.

Оцінка життєвого циклу сталевих будівельних матеріалів

Утілене вуглецеве навантаження та оцінка життєвого циклу у сталевому будівництві: вимірювання сталості

Оцінки життєвого циклу, або скорочено LCA, по суті відстежують, який обсяг екологічної шкоди спричиняють сталеві будівлі протягом усього їхнього існування. Це включає все — від видобутку сировини до того, що відбувається наприкінці терміну експлуатації, чи переробляється матеріал чи ні. Мета полягає в тому, щоб визначити так званий «вбудований вуглець», тобто всі парникові гази, що виділяються на кожному етапі життєвого циклу будівлі. Згідно з дослідженням Кабеси та інших учених 2014 року, виробництво сталі за допомогою електродугових печей із використанням великої кількості вторинного лому може знизити цей вбудований вуглець приблизно на 60–70% порівняно зі старішими технологіями. Нещодавно дослідження, опубліковане в журналі Engineering Structures, показало також досить цікавий результат: коли будівельники роблять акцент на повторному використанні сталевих конструкцій замість постійного використання нових матеріалів, їм вдається скоротити викиди протягом усього життєвого циклу аж на 52%. Це свідчить про те, наскільки важливими є оцінки життєвого циклу для створення проектів, які справді корисні як для навколишнього середовища, так і для нашого гаманця.

Сталь проти альтернативних матеріалів: екологічні показники на всьому життєвому циклі

При оцінці за п’ятьма екологічними категоріями — виснаження ресурсів, закислення, евтрофікація, глобальне потепління та знищення озонового шару — сталь перевершує бетон і деревину за довговічністю та можливістю переробки. Наприклад:

Хоча початкові викиди деревини нижчі, співвідношення міцності та ваги сталі дозволяє зменшити витрати матеріалу на 40% у будівлях середньої висоти (Burchart-Korol, 2013), компенсуючи її вуглецевий слід протягом кількох життєвих циклів.

Від демонтажу до повторного використання: переробка сталевих будівель наприкінці терміну експлуатації

Сталь можна переробляти знову і знову в так званій замкненій системі, що означає, що під час розбирання будівель відновлюється близько 98%. Сталь, яку ми отримуємо назад у цьому процесі, структурно працює так само добре, як і нова. Завдяки сучасним технологіям сортування великі конструктивні елементи, такі як балки та колони, не завжди потребують процесу плавлення. Згідно з дослідженням Бузату та колег, опублікованим минулого року, кожна тонна сталі, економія якої забезпечується таким шляхом, скорочує викиди вуглекислого газу приблизно на 1,5 тонни. Для тих, хто цікавиться сталими будівельними практиками, така переробка робить сталеві конструкції справді важливим активом для досягнення цілей циркулярної економіки, до яких зараз прагнуть багато міст та будівельних компаній.

Використання вторинної сталі в проектуванні сталих будівель

Сучасне будівництво все більше робить акцент на циркулярності матеріалів, і саме конструкційна сталь очолює цей процес завдяки своїй унікальній здатності багаторазового повторного використання. Лідери галузі тепер вказують конструкційну сталь, що містить понад 90% перероблених матеріалів, відповідно до суворих критеріїв LEED v4.1 щодо повторного використання матеріалів, з одночасним дотриманням експлуатаційних стандартів ASTM.

Вміст перероблених матеріалів у конструкційній сталі: галузеві стандарти та орієнтири

У сталебудівній галузі зараз існують стандартні рівні вмісту вторинної сировини, завдяки таким ініціативам, як програма Cradle to Cradle Certification та Декларації про екологічні характеристики продуктів (Environmental Product Declarations), про які ми постійно чуємо. Основне призначення цих систем сертифікації полягає в тому, щоб забезпечити збереження структурної міцності сталі після її багаторазового перероблення. За даними з усього світу, більшість сталевих балок і колон сьогодні містять понад 85% вторинного матеріалу. І ось що цікаво: дослідження показують, що використання лише однієї тонни переробленої сталі замість нової дозволяє зекономити близько 1,5 тонни викидів вуглекислого газу. Це створює значну різницю, враховуючи обсяги сталі, що використовуються в будівлях.

Стратегії проектування для максимізації використання сталі з високим вмістом вторинної сировини в комерційних проектах

Прогресивні архітектори використовують три ключові тактики для оптимізації використання переробленої сталі:

• Модульний дизайн забезпечення можливості демонтажу компонентів та їхнього майбутнього повторного використання
• Специфікації гібридних матеріалів поєднання сталі з високим вмістом вторинної сировини з альтернативами бетону з низьким рівнем вуглецю
• Цифрові паспорти матеріалів відстеження складу сталі протягом усього життєвого циклу будівель

Шляхом інтеграції цих підходів, Всесвітня асоціація виробників сталі повідомляє, що комерційні проекти можуть досягти скорочення закладеного вуглецю на 40–60%, зберігаючи паритет вартості з традиційними методами. Такий подвійний акцент на екологічну та економічну життєздатність ставить вторинну сталь в основу інфраструктури нового покоління.

Декарбонізація сталевої промисловості: шляхи до нульових викидів у майбутньому

Зобов’язання сталевої промисловості щодо досягнення нульових викидів: поточний прогрес та цілі

Більше половини всієї сирової сталі, виробленої у світі, тепер підпадає під корпоративні зобов'язання щодо чистого нуля, оскільки країни по всьому світу прагнуть досягти стану нейтральності за вуглецем у своїх промислових секторах до середини століття. Різні регіони обрали різноманітні підходи до цього завдання. У Європі багато виробників сталі роблять великі ставки на водневі технології для екологічніших процесів виробництва. Тим часом американські компанії значною мірою покладаються на електродугові печі, скорочуючи викиди на 58–70 відсотків порівняно з традиційними доменними печами, згідно з дослідженням, опублікованим минулого року Групою з охорони чистого повітря. Деякі прогресивні групи в межах галузі експериментують із радикальними новими методами, такими як електроліз розплавленого оксиду. Якщо ці інновації виявляться успішними, вони можуть практично повністю усунути викиди вуглекислого газу під час первинного виробництва сталі, хоча масове впровадження залишається невизначеним через існуючі технологічні обмеження та вартісні бар'єри.

Інновації та політики, які сприяють зменшенню викидів парникових газів у виробництві сталі

Три технологічні шляхи домінують у зусиллях з декарбонізації:

1. Пряме відновлення заліза воднем (H2-DRI) – Замінює коксовий вугілля зеленим воднем у процесі переробки залізної руди
2. Захоплення, використання та зберігання вуглецю (CCUS) – Захоплює 85–95% викидів існуючих підприємств
3. Оптимізація електросталеплавильних печей на основі лому – Максимально збільшує вміст вторинної сировини в будівлях із сталі та інфраструктурі

Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Sustainable Materials and Technologies ще в 2023 році, ці нові підходи можуть скоротити викиди в усій галузі приблизно на 56 відсотків до середини 2030-х років. Щоб прискорити процес, уряди по всьому світу вводять податки на вуглецевий кордон і водночас вкладають близько сімдесяти п’яти мільярдів доларів у фінансування ініціатив з виробництва чистої сталі. Візьмемо, наприклад, Механізм коригування вуглецевого кордону Європейського союзу: CBAM уже спонукав приблизно чверть країн, що імпортують сталь, почати розглядати екологічніші способи виробництва своєї продукції. Цікаво те, як усі ці політичні зрушення змінюють наше ставлення до самих сталевих конструкцій. Тепер замість того, щоб просто будівлями, вони стають своєрідними сховищами вуглецю, де матеріали можна зберігати та багаторазово використовувати в майбутніх будівельних проектах.

Часто задані питання (FAQ)

Що робить сталь придатною для переробки без втрати міцності?

Сталь можна переробляти без обмежень, не втрачаючи міцності завдяки своєму унікальному атомному упорядкуванню, що дозволяє зберігати структурну цілісність під час багатьох циклів переробки.

Чи правда, що 100% сталі можна переробити?

Хоча 100% відновлення неможливе для будь-якого матеріалу, на практиці сталь досягає рівня переробки від 93% до 98%, значно перевершуючи більшість інших матеріалів.

Як процеси переробки сталі впливають на викиди CO2?

Переробка сталі в електродугових печах, особливо тих, що живляться від відновлюваних джерел енергії, значно зменшує викиди CO2, скорочуючи їх приблизно на три чверті порівняно з традиційними методами доменних печей.

Який вплив переробки сталі на навколишнє середовище?

Переробка сталі зменшує потребу у видобутку сировинної залізної руди, знижує споживання енергії на 72% і зменшує утворення сміттєвих відходів на полигони, суттєво сприяючи зусиллям із збереження навколишнього середовища.

Які стратегії проектування будівель максимізують використання переробленої сталі?

Стратегії включають модульне проектування для демонтажу та майбутнього повторного використання, гібридні матеріальні специфікації та цифрові паспорти матеріалів для відстеження складу сталі протягом усього життєвого циклу.