Konstrukcje stalowe oraz wpływ inicjatywy dotyczącej dekarbonizacji przemysłu na kubaturę węglową
Konstrukcje stalowe mogą osiągnąć maksymalną dekarbonizację dzięki wykorzystaniu 93% surowca wtórnego w ich strukturach oraz produkcji stali w piecach łukowych elektrycznych, których emisje wynoszą 0,68 tony metrycznej CO₂. W porównaniu do tego tradycyjne piece wielkopiecowe emitują około 2,3 tony metrycznej CO₂ i stanowią mniejszość w produkcji stali ze względu na postępy w zakresie zintegrowanej energii odnawialnej, które dodatkowo obniżają koszty i emisje związane z procesem wytwarzania stali.
Oceny cyklu życia: stal vs. beton vs. drewno
Oceny cyklu życia stalowych konstrukcji budowlanych w porównaniu z innymi technikami budowlanymi, takimi jak drewno i beton, wykazały, że przemysł stalowy od około 50 lat systematycznie przewyższa drewno i beton pod względem emisji dwutlenku węgla. Konstrukcje stalowe, będąc z natury lżejsze i zajmując mniejszą objętość niż konstrukcje wykonane z innych materiałów, mają zaletę znacznego zmniejszenia rozmiaru, głębokości oraz kosztu fundamentów. Ponadto, ponieważ konstrukcje stalowe są wytwarzane w zakładach produkcyjnych w trybie prefabrykowanym, eliminuje to dodatkowo odpady i nadmiar materiałów na placu budowy.
Zawarta w stali ilość węgla oraz węgiel związany z użytkowaniem
Zgłaszana wartość zawartego w konstrukcjach stalowych węgla wynosi 320, co oznacza redukcję o 8–12 procent w porównaniu z całkowitą emisją węgla przez te konstrukcje w 50-letnim cyklu użytkowania.
Chociaż konstrukcje stalowe generują wyższe emisje w okresie eksploatacji oraz wyższy udział węgla w ich materiale (tzw. embodied carbon) niż konstrukcje drewniane, długoterminowe korzyści eksploatacyjne konstrukcji stalowych w porównaniu do drewnianych – takie jak wyższa efektywność energetyczna wynikająca z lepszych obudów budynków oraz zintegrowanych konstrukcji paneli słonecznych – dalszym etapem wspierają dekarbonizację tych konstrukcji.
Optymalizacja pieców łukowych wodorowym bezpośrednio zredukowanym żelazem (DRI) umożliwia maksymalizację procesu dekarbonizacji przemysłu stalowego. Pełne wyeliminowanie koksu z tego procesu może pozwolić na osiągnięcie stali o zerowej emisji dwutlenku węgla do roku 2030. Ponadto poprzez wdrożenie sztucznej inteligencji oraz elastycznych sieci energetycznych możliwe będzie osiągnięcie redukcji emisji z pieców łukowych (EAF) o ponad 40%. Wczesne wdrożenie tych rozwiązań przez niektóre firmy pozwoliło już na zmniejszenie udziału węgla w materiale (embodied carbon) o 11% w porównaniu do poziomu sprzed pięciu lat.
KOŁOWY MODEL GOSPODARKI DLA STALI
Stal charakteryzuje się 100-procentową możliwością recyklingu oraz ponad 90-procentową możliwość recyklingu na całym świecie po zakończeniu jej cyklu życia.
Stal jest najbardziej obieguowym materiałem konstrukcyjnym produkowanym na świecie. Ponad 90% stali po zakończeniu jej użytkowania (tzw. „stali po zakończeniu cyklu życia”) jest odzyskiwane na całym świecie i wykorzystywane w kolejnym cyklu produkcji. Ten cykl zmniejsza zapotrzebowanie na rudę żelaza jako podstawowy surowiec do produkcji oraz ogranicza emisje wynikające z górnictwa i przetwarzania rudy. W ostatnich latach procesy prowadzone w piecach łukowych elektrycznych (EAF) uległy zmianie – obecnie wykorzystuje się w nich 93% stali wtórnej, co umieszcza je na najwyższym poziomie integralności wśród materiałów konstrukcyjnych i czyni stal liderem w zakresie obieguowego budownictwa. Dodatkowo, podejścia związane z koncepcją projektowania z myślą o demontażu (DfD) w konstrukcjach stalowych umożliwiają osiągnięcie współczynnika odzysku materiału na poziomie nawet 95%.
Metoda odzysku / Wydajność odzysku materiału / Wpływ na emisję dwutlenku węgla
Demontaż >95% odzysku / O 85% mniejsze emisje w porównaniu z burzeniem
Konwencjonalna demontaż <40% odzysku, 3× wyższe emisje
Te strategie przynoszą namacalne korzyści: zmniejszenie odpadów budowlanych o 70%, obniżenie emisji dwutlenku węgla o 85% z przetwarzania materiałów, bezpośredni ponowny udział wysokiej jakości elementów konstrukcyjnych. Odzysk stali poprawia efektywność transportu dzięki stosunkowi wytrzymałości do masy.
Zrównoważona eksploatacja możliwa dzięki konstrukcji stalowej
Precyzyjna produkcja poza budową oraz redukcja odpadów budowlanych o 90%
Z wykorzystaniem systemu modelowania 3D oraz zautomatyzowanego systemu piłowania i spawania elementy stalowe są wytwarzane poza budową z dokładnością do milimetra. Ten proces projektowy minimalizuje nadmierne zamówienie materiałów, błędy cięcia na placu budowy oraz odpady opakowaniowe, co przekłada się na zmniejszenie ilości odpadów budowlanych o 90% w porównaniu do betonu monolitycznego. Dzięki redukcji liczby kursów transportowych o 40% dzięki dostawom just-in-time oraz zoptymalizowanemu załadunkowi pojazdów zmniejszane są również emisje. Wynikiem tych procesów jest skrócenie czasu realizacji projektu o 30–50%, ograniczenie zatłoczenia na placu budowy oraz odwrócenie 90% odpadów od składowania na wysypiskach, a także poprawa bezpieczeństwa i jakości.
Właściwości termiczne i możliwość adaptacji: zintegrowane systemy budowlane i fotowoltaiczne
Stalowe konstrukcje pozwalają również na bardziej szczelną i precyzyjną budowę. Zintegrowane systemy izolacji tworzą barierę termiczną eliminującą mostki cieplne – czyli przenoszenie ciepła – które są ograniczane o 15–25% w porównaniu do systemów nie wykorzystujących stali. Systemy dachowe i elewacyjne zmniejszają również potrzebę wzmocnień konstrukcyjnych. W przeciwieństwie do innych systemów budowlanych stal zachowuje swoje właściwości przez dłuższy czas niż obowiązujące standardy energetyczne, a w przypadku modernizacji można dodatkowo zainstalować izolację.
Trwałość, długowieczność oraz zgodność z certyfikacją budownictwa zielonego
Stal charakteryzuje się długą żywotnością – przy odpowiedniej konserwacji może trwać ponad 50 lat, co przynosi rzeczywiste korzyści dla zrównoważonego rozwoju, ponieważ zmniejsza potrzebę wymiany materiałów i zużycia zasobów. Główne certyfikaty budownictwa ekologicznego, takie jak LEED, BREEAM oraz Living Building Challenge organizacji ILFI, przyznają liczne punkty za zastosowanie materiałów wymagających niewielkiego zakresu konserwacji, o niskim wpływie na środowisko (niski wskaźnik M), sprawdzoną wydajność w ekstremalnych warunkach oraz długą żywotność. Długa żywotność stali bez korozji (przy założeniu jej odpowiedniego zastosowania) oraz niskie zapotrzebowanie na konserwację są zgodne z naciskiem kładzionym w budownictwie na długotrwałość, adaptowalność oraz odporność całej budowli. W rezultacie zastosowanie stali znacznie podnosi wartość eksploatacji budynku. Pomaga osiągnąć pożądane efekty, takie jak bezpieczeństwo użytkowników, łatwa konserwacja oraz wzrost wartości nieruchomości.
Często zadawane pytania
Czym jest węgiel zakumulowany?
Węgiel zakumulowany to ilość dwutlenku węgla wydzielona w trakcie wydobycia, produkcji i montażu materiałów stosowanych w budynku.
W jaki sposób stal pozwala zmniejszyć zakumulowany węgiel w porównaniu z alternatywnymi materiałami?
Stal pozwala zmniejszyć zakumulowany węgiel dzięki wysokiej możliwości recyklingu oraz zastosowaniu pieców elektrycznych łukowych (EAF) i innych wysoce wydajnych metod produkcji generujących mniejsze ilości CO₂.
Czy stal może być przetwarzana wtórnie bez utraty właściwości użytkowych?
Jedną z najbardziej charakterystycznych cech stali jest jej pełna nadaje się do recyklingu bez utraty właściwości konstrukcyjnych.
Jakie są zalety stali w budownictwie zrównoważonym?
Zmniejszone obciążenia, wydajna prefabrykacja, łatwa demontażowość umożliwiająca odzysk materiałów oraz możliwość stosowania ogniw fotowoltaicznych – wszystkie te czynniki przyczyniają się do wielu zalet zrównoważonej prefabrykacji.
Jaka jest średnia trwałość konstrukcji stalowych?
Przy odpowiedniej konserwacji konstrukcje stalowe mogą trwać ponad 50 lat, co jest bardzo korzystne dla długotrwałego użytkowania, ponieważ wymagają one rzadziej wymiany i zmniejszają zużycie materiałów i zasobów.