Екологічні характеристики автоклавного газобетону в США

Автоклавний газобетон (АНБ) – це екологічно чистий будівельний матеріал, який має низький вплив на навколишнє середовище на всіх своїх етапах життєвого циклу. Виробництво АНБ потребує менше енергії аніж інші мурувальні вироби, тим самим зменшуючи використання викопного палива та пов’язані з цим викиди вуглекислого газу (CO₂). AНБ є екологічно відповідальним будівельним матеріалом, який заощаджує матеріали та споживання енергії під час виробництва, а також сприяє енергоефективності у зведених з нього будівлях. Продукція AНБ використовується в будівельних проєктах по всьому світу з 1920-х років у різних кліматичних умовах, починаючи від дуже холодного клімату (країни Північної Європи) до вологого та спекотного, як у Південній Африці. АНБ можна застосовувати для різних типів будівель і у різних варіантах застосувань. Деякі з застосувань включають стінові, підлогові та стельові панелі, стандартні та спеціальні блоки які включають перемичку, U-блок та блок із серцевиною. Армовані панелі можна використовувати для будівництва конструкцій висотою до шести поверхів.

Оцінка життєвого циклу (ОЖЦ) — це обраний метод для оцінки екологічної ефективності АНБ, який узагальнено у ідентифікації, оцінці та інтерпретації впливів на навколишнє середовище, включаючи матеріальні та природні ресурси, споживання енергії, екологічний тягар продукту, процесу або діяльності. Для цього дослідження вибрано аналіз CTGt, який оцінює екологічний слід продукту від видобутку сировини до кінця виробничого процесу. ОЖЦ проведено для уявного заводу в США, який розташований у штаті Джорджія. Очікуване річне виробництво та енергоспоживання заводу базується на бізнес моделі німецьких потужностей Xella.

Це дослідження можна класифікувати як ОЖЦ «від колиски до воріт», яке враховує фази життєвого циклу виробництва продукту (A1-A3) відповідно до стандарту EN-15804:

− A1: Видобуток та переробка сировини, переробка її побічних компонентів.
− A2: Транспортування до виробника.
− A3: Виробництво.

Діаграма життєвого циклу АНБ.
------- - вказує на відсутність значущого впливу і може бути виключена з подальших розглядів.

Для кожного етапу цього дослідження були зроблені певні припущення. На етапі видобутку сировини вода виключена за межі системи. В кінці процесів, які потребують води, вона випарується, тому вода не має значущого екологічного впливу. Під час виробництва гіпсу з вапняку CO₂ викидається в атмосферу, де припускається, що протягом 40 років гіпс поглинає певну кількість CO₂. Однак ця теорія поглинання CO₂ не припускається для цього дослідження, оскільки кількість поглинання не може бути визначена. Під час етапу видобутку сировини — кремнію оцінка екологічного впливу внаслідок видобутку базується на процесі, використовуваному для видобутку піску. Це тому, що кремній природно знаходиться в піску, і процес видобутку схожий на видобуток піску. Загальний екологічний вплив, пов'язаний з видобутком сировини, вважається накопиченням всіх видобутих сировин. Для видобутку алюмінію, гіпсу та цементу припущення не потрібні.

Під час етапу транспортування припускається, що всі видобуті сировини перевозяться середньо-важкими вантажівками до об'єкту. Як тільки засіб транспорту та відстань подорожі визначені, можна розрахувати значення викидів на транспортний засіб та маршрут. Кілька факторів впливають на кількісну характеристику екологічної продуктивності транспортування, включаючи погодні умови, обслуговування транспортного засобу та тип двигуна. Для цього дослідження припускається, що кожна сировина транспортується до об'єкту при повному завантаженні вантажівки. Кількість партій також розраховується з повним завантаженням місткості вантажівки.

Під час етапу виробництва припускається, що щомісячне споживання електроенергії та природного газу для об'єкту було взято на основі німецьких об'єктів Xella. Припускається, що обсяги викидів під час етапу виробництва є безпосереднім результатом споживання електроенергії та природного газу. Обсяги викидів кожного процесу не оцінюються окремо, але обчислюється кумулятивне значення викидів, що виникають внаслідок споживання енергії протягом етапу. В цьому дослідженні припускається, що завод розташований в Джорджії, США. На заводі виробляється АНБ з густиною 500 кг/м³. Крім того, обсяги викидів розраховуються на основі споживання енергії. Дані щодо споживання енергії (електроенергії та природного газу) та викидів, що вивільнюються, були скомпільовані за даними Енергетичної інформаційної адміністрації для штату Джорджії. Загальний обсяг виробленої електроенергії був розділений на загальний обсяг викидів для розрахунку значень викидів на 1 МДж виробництва електроенергії. Та сама методологія використовувалася для природного газу.

Резудльтати дослідження. Порівняння енергетичних характеристик АНБ з іншими будівельними матеріалами

Таблиця 1 показує загальне дослідження бетону (Дослідження №6), на підставі якого приходимо до висновку, що екологічна ефективність бетону на етапі виробництва потребує 2400 МДж/м³. У порівнянні з американським заводом АНБ (Дослідження №7), який споживає 380 МДж/м³ енергії під час виробництва, передбачається зменшення споживання енергії на 85%.

Таблиця 1 Порівняння різних будівельних матеріалів зі звітом про життєвий цикл (ОЖЦ) в масштабі CTGt.

* Енергоспоживання для бетону розраховувалось тільки на етапі виробництва.

Завдяки простоті монтажу та високим теплоізоляційним властивостям, дерев'яні матеріали найбільш конкурентні з автоклавним газобетоном у США. Як будівельний матеріал, деревина доступна на ринку США декількох видів, включаючи деревину твердих порід висушену в печі та хвойні породи.

У США хвойна деревина є найближчим продуктом до АНБ з точки зору застосування, оскільки дерев'яні конструкції переважають на американському будівельному ринку, і мета виробників АНБ у США - замінити деревину на АНБ. Дослідження екологічної ефективності хвойної деревини було проведено в різних регіонах США, включаючи північний захід (NE) та північний централ (NC), південний схід та внутрішній північний захід США (Дослідження №3, №4 і №5). Обсяг ОЖЦ для деревини хвойних порід у кожному з різних регіонів - це GTGt, включаючи різання, висушування, обробку, виробництво електроенергії та її використання, а також транспортування брусів до заводу. Дані споживання енергії для хвойної деревини в NE-NC, Південному сході та Внутрішньому північному заході складають: 6097 МДж/м³, 3895 МДж/м³ та 2911 МДж/м³ відповідно. Порівнюючи кожну з цих локацій з АНБ, різниця в споживанні енергії становить приблизно 77%, 63% та 51% для Північного сходу (NE) та Північного централу (NC) США, Південного сходу (SE) США та дослідження Внутрішнього північного заходу відповідно.

На Мал. 1 відображені дані викидів вуглецю від виробництва матеріалу для 1 кубометра, підраховані на етапах "від народження до воріт", де порівнюються декілька загальновживаних альтернативних матеріалів. AНБ має вуглецевий слід 272 кг CO₂-екв на кубічний метр, що робить його більш екологічно чистим порівняно з іншими матеріалами, такими як бетон чи сталь.

Малюнок 1 Викиди парникових газів від будівельних матеріалів на кожен кубічний метр
за методикою розрахунків "від народження до воріт".

Підсумки та висновки

Це дослідження надає оцінку життєвого циклу (ОЖЦ) "від народження до воріт" для виробництва АНБ в США. ОЖЦ для АНБ включає видобуток матеріалів, таких як цемент, кремній, вапняк, гіпс, алюмінієвий порошок (A1), транспортування всіх сировинних матеріалів до об'єкту (A2) і виробництво АНБ (A3).

Це дослідження підтверджує, що АНБ має вищу енергоефективність та є екологічно безпечнішим у порівнянні з аналогами з деревини та бетону. Це видно зокрема з обсягів споживання енергії та викидах діоксиду вуглецю. З дослідження були отримані наступні висновки:

• Викиди від транспортування (A2) становили невеликий внесок в загальні чинники впливу та споживання енергії. Видобуток сировини (A1) мав найбільший внесок до потенціалу глобального потепління та найвище споживання енергії.
• Споживання енергії для видобутку сировини (A1), транспортування (A2) та виробництво (A3) складає відповідно 69%, 4,3% та 26,7% від загального споживання.
• Викиди CO₂ від видобутку сировини (A1), транспортування (A2) та виробництва (A3) становлять відповідно 82,4%, 2,1% та 15,5% від загальних викидів CO₂.
• АНБ має перевагу перед іншими матеріалами, такими як звичайний бетон, оскільки для його виробництва споживання енергії менше на 85% і ще на 53% є більш екологічно чистим, якщо порівнювати викиди CO₂.
• Порівнюючи АНБ з деревиною, АНБ енергоефективніший на етапах видобутку сировини, транспортуванні та виробництві, ніж пиломатеріали висушені в печі та хвойних порід. Хоча деревина має менший вуглецевий слід, що робить її екологічно чистішою за АНБ, деревина вразливіша до зовнішніх загроз, таких як вогонь, вітер, комахи, вологість та грибки, які можуть призвести до структурного пошкодження конструкції та загроз безпеці.

Занепокоєність збільшеним споживанням природних ресурсів та обмеженими ресурсами, які є в розпорядженні, хвилюють дослідників щодо нашого майбутнього. Життя з урахуванням сталого розвитку та екологічна свідомість є необхідністю, а не вибором стилю життя. АНБ - матеріал сталого розвитку, оскільки він містить велику кількість повітря, тим самим потребує менше сировини на об'єм ніж необхідно для інших будівельних матеріалів. Щодо його функціональності, велика кількість енергії може бути заощаджена завдяки легкості у обробці і муруванні блоків АНБ. Крім того застосування автоклавного газобетону збільшує теплову ефективність, зменшуючи витрати на опалення та охолодження будівель. Пориста структура забезпечує високу вогнестійкість. Легка вага економить кошти та енергію під час транспортування, витрат на робочу силу та збільшує шанси на виживання під час землетрусу.

З повною версією дослідження з таблицями і розрахунками можна ознайомитись на нашому сайті у розділі Наукові поблікації.

Джерело: Fouad F, Ramadan W, Schoch T, Kirby J.
Environmental performance of autoclaved aerated concrete
in the USA. ce papers. 2023;6:5–14.
https://doi.org/10.1002/cepa.2223