Recykling stali wykorzystywanej w budownictwie

W dobie intensywnego rozwoju gospodarczego i stale postępujących zmian klimatycznych chyba nikogo nie trzeba przekonywać, że działalność człowieka – zwłaszcza przemysłowa – wpływa na środowisko naturalne i to najczęściej negatywnie. Wzrost świadomości wśród konsumentów powoduje, że coraz częściej poszukują oni produktów i usług, które przynajmniej z pozoru wydają się być przyjazne środowisku. Z pewnością można stwierdzić, że panuje moda na bycie „eko”, obserwowana także w sektorze budowlanym.

W przypadku budownictwa zjawisku temu sprzyjają zmieniające się uwarunkowania legislacyjne, promujące stawianie „zielonych” wymagań w zamówieniach publicznych czy pojawianie się nowych instrumentów finansowych z uprzywilejowanym dostępem dla podmiotów gospodarczych, propagujących rozwiązania ekologiczne i jednocześnie niwelujących wybrane problemy środowiskowe. Sytuację dodatkowo potęguje aktualne dążenie krajów członkowskich UE do transformacji gospodarczej, umożliwiającej domknięcie obiegu surowców, czyli przejście na tzw. gospodarkę o obiegu zamkniętym (GOZ) [1]. Oddziaływanie produktów i usług na środowisko naturalne jest determinowane niezliczoną liczbą specyficznych cech, które są często nieczytelne dla przeciętnego konsumenta, podczas gdy takie komunikaty powinny być zrozumiałe i jednoznaczne. Próbą sprostania tym oczekiwaniom jest seria norm ISO 14020 zawierająca wytyczne co do sposobu stosowania etykiet i deklaracji środowiskowych, wśród których rozróżnia się: deklaracje środowiskowe I typu zgodne z PN-EN ISO 14024, będące wielokryterialną oceną produktu, prowadzoną przez niezależną i wiarygodną stronę trzecią, deklaracje środowiskowe II typu, zgodne z PN-EN ISO 14021, czyli tzw. jednoparametrowe stwierdzenia producentów, dystrybutorów lub innych uczestników rynku, dotyczące cech środowiskowych produktu lub usługi, świadczących o ich przewadze konkurencyjnej w stosunku do analogicznych produktów lub usług dostępnych na rynku, oraz deklaracje środowiskowe III typu (nazywane EPD od skrótu anglojęzycznej nazwy Environmental Product Declaration) zgodne z PN ISO 14025, które są zweryfikowanymi dokumentami, zawierającymi ilościowe informacje na temat oddziaływania produktu na środowisko naturalne w cyklu życia i po jego zakończeniu.

Zobacz też:

Recykling baterii litowo-jonowych w Polsce

Recykling wody szarej i zagospodarowanie wód opadowych

Recykling styropianu – potrzeby i możliwości wykorzystania

Deklaracje środowiskowe III typu są obecnie najczęściej stosowaną formą komunikowania wpływu produktów i usług na środowisko naturalne, zwłaszcza w sektorze budowlanym. Poszczególne oddziaływania i efekty środowiskowe najczęściej są wyznaczane metodą analizy cyklu życia LCA (z ang. Life Cycle Assessment), za pomocą szeregu modeli matematycznych. Rosnące zainteresowanie przemysłu posiadaniem charakterystyk środowiskowych oferowanych produktów i usług jest związane z wyzwaniem, przed którym stoi obecnie wiele krajów, w tym także Polska, a mianowicie transformacją gospodarczą w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym. Istotą koncepcji GOZ w aspekcie surowcowym jest dążenie do zapobiegania powstawaniu odpadów, m.in. poprzez wydłużenie cyklu życia produktu czy możliwość jego naprawy, natomiast w sytuacji, gdy powstanie odpadu jest nieuniknione, powinien on być zdatny do ponownego użycia lub dalszego przetworzenia, zgodnie z przyjętą hierarchią sposobów postępowania z odpadami [1]. Takie podejście jest rezultatem rosnącego tempa konsumpcji zasobów naturalnych. Wielkość konsumpcji surowców naturalnych w UE w 2014 r. oszacowano na poziomie 7,4 mld ton, (3,1 mld ton wykorzystano do produkcji energii), z czego 5,8 mld ton pochodziło z lokalnego wydobycia, 0,9 mld ton z importu netto, a zaledwie 0,7 mld ton stanowiły surowce wtórne [2]. OECD przewiduje, że przy zachowaniu aktualnego tempa konsumpcji globalne zużycie zasobów naturalnych do 2060 r. podwoi się w stosunku do roku 2011, w którym wyniosło 79 mld ton, zaś emisja gazów cieplarnianych w tym samym okresie wzrośnie z 28 do 50 mld ton ekwiwalentu CO₂ [3].

Polska gospodarka jako szósta co do wielkości w UE, z PKB na mieszkańca wynoszącym 71% średniej UE w 2018 r. [4], boleśnie odczuwa skutki wynikające z wyczerpywania się surowców naturalnych, do których należą m.in. wzrost cen i rosnąca zależność od dostawców zagranicznych. Sytuacja ta jest szczególnie uciążliwa w branży budowlanej, należącej do najbardziej zasobo- i energochłonnych sektorów gospodarki, który dodatkowo od kilku lat zmaga się z poważnym problemem braków kadrowych. Krajowa konsumpcja surowców wykazuje wyraźną tendencję wzrostową, której dynamika jest zróżnicowana w zależności od grupy materiałowej. Dla przykładu, w okresie od 2015 do 2018 r. krajowe zużycie aluminium niestopowego wzrosło o 97,7%, tworzyw sztucznych o 29,9%, szkła typu „float” o 28,2%, wyrobów hutniczych o ok. 38%, materiałów drewnopochodnych – płyt wiórowych o 25,6%, cementu o 21,7%, natomiast papieru i tektury o 10%, podczas gdy branża budowlana odnotowała aż 23,2% wzrostu produkcji budowlano-montażowej [5]. Mając na uwadze powyższe, zamknięcie obiegu surowców w gospodarce wydaje się być jedyną słuszną drogą w kierunku zahamowania dewastacji środowiska naturalnego wskutek działań antropogenicznych, zwłaszcza w sektorze budowlanym [6-8]. Ideą koncepcji GOZ jest bowiem istnienie gospodarki przemysłowej, która z założenia jest odnawialna. Jej celem nadrzędnym jest zapewnienie efektywnego przepływu surowców, energii, pracy i informacji w taki sposób, aby możliwe było „odbudowanie” zaangażowanych zasobów ludzkich oraz środowiskowych [9, 10].

UE przewiduje, że wdrożenie założeń GOZ umożliwi obniżenie emisji CO₂ o 450 mln ton do 2030 r., uzyskanie oszczędności dla przedsiębiorstw na poziomie 600 mld zł (8% rocznego obrotu) i utworzenie 580 tys. nowych miejsc pracy [11].

Kamieniem milowym w kierunku zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych w budownictwie UE było 7. wymaganie podstawowe Rozporządzenia w sprawie wyrobów budowlanych CPR nr 305/2011, stwierdzające, że obiekty budowlane muszą być zaprojektowane, zbudowane i wyburzone w taki sposób, aby możliwe było zrównoważone wykorzystanie zasobów naturalnych, umożliwiające m.in. ich ponowne użycie lub recycling, zapewniające trwałość budowli, oraz zastosowanie materiałów przyjaznych środowisku.

W grudniu 2015 r. Komisja Europejska przyjęła Circular Economy Package [12] zawierający plan wdrażania modelu GOZ w krajach członkowskich [1] (zaktualizowany na początku 2019 r. [13]). Plan ten nakreśla szereg działań w zakresie tworzenia polityki i mechanizmów umożliwiających maksymalne wykorzystanie potencjału surowcowego już znajdującego się w obiegu gospodarczym, redukcję ilości generowanych odpadów oraz wytwarzanie nowych produktów, bardziej przyjaznych środowisku i projektowanych z uwzględnieniem perspektywy cyklu życia. W 2011 r. powołano Single Market for Green Products Initiative (SMGP), której celem jest stworzenie ujednoliconych warunków pomiaru efektywności środowiskowej produktów i usług dostępnych na rynku UE. W efekcie w 2013 r. opublikowano zalecenia (2013/179/UE) w sprawie stosowania wspólnych metod pomiaru efektywności środowiskowej w cyklu życia produktów (PEF) i organizacji (OEF). PEF i OEF bazują na istniejących metodach (m.in. LCA) i normach, zostały stworzone w ramach podejścia międzysektorowego.

Faza pilotażowa trwała trzy lata (2013-2016 r.), natomiast aktualnie trwa faza przejściowa przed ewentualnym przyjęciem polityki wdrażającej PEF i OEF. Wdrażanie GOZ wymaga systematycznej analizy zachodzących postępów i pojawiających się trudności, w związku z czym opracowano „Key indicators for a monitoring framework” obejmujący 10 wskaźników opisujących zmiany zachodzące w gospodarce i bazujących na oficjalnych danych statystycznych (m.in. Eurostatu, Joint Research Centre and the European Patent Office).

Instytut Techniki Budowlanej jako członek – założyciel stowarzyszenia ECOPlatform opracowuje deklaracje środowiskowe III typu (EPD) dla wyrobów budowlanych w oparciu o wytyczne normy PN-EN 15804 Zrównoważenie robót budowlanych – Deklaracje środowiskowe wyrobu – Podstawowe zasady kategoryzacji wyrobów budowlanych, definiującej etapy cyklu życia wyrobu (rys.).

Zgodnie z wytycznymi normy PN-EN 15804+A1:2014, obowiązującej do października 2019 r., obligatoryjne było deklarowanie w ramach EPD oddziaływań środowiskowych wyrobów wyłącznie na etapie wyrobu, tj. od pozyskania surowców (A1), przez ich transport do zakładu produkcyjnego (A2), aż do wytworzenia wyrobu (A3), zwane „od kołyski do bram zakładu”. Efektem prośrodowiskowej polityki UE oraz dążenia do transformacji gospodarczej w kierunku GOZ są zmiany wytycznych zawarte w zaktualizowanej przez CEN normie EN 15804:2012+A2:2019 (wersja polska PN-EN 15804+A2:2020-03 opublikowana na stronie PKN 10 marca 2020 r.), polegające m.in. na obowiązku deklarowania oddziaływań środowiskowych występujących na końcu życia wyrobu, tj. po zakończeniu okresu eksploatacji, czyli moduły C1-C4 i D analizy LCA (rys.). Ponadto zaktualizowana norma wprowadza szereg nowych wskaźników zestawionych w tabeli.

Tab. Wskaźniki środowiskowe wprowadzone w zaktualizowanej wersji normy EN 15804

Wyznaczenie oddziaływań środowiskowych występujących w początkowej fazie istnienia wyrobu, czyli w tzw. fazie wyrobu (A1-A3), nie stanowi większego problemu, bowiem w tym celu wykorzystuje się uprzednio zinwentaryzowane dane ilościowe i jakościowe na temat surowców stosowanych w procesie produkcyjnym oraz informacje dotyczące funkcjonowania zakładu (m.in. konsumpcja energii elektrycznej, surowców energetycznych, wody, dane ilościowe i jakościowe dotyczące emisji do wód, gleby i powietrza czy wytwarzanych odpadów). Z kolei wyznaczenie oddziaływań środowiskowych w fazie użytkowania wyrobu (moduły B) czy na końcu jego życia (moduły C i D) często stanowi poważne wyzwanie z powodu licznych możliwości zastosowania czy utylizacji wyrobu.

Fot. stock.adobe/3desc

Recykling stali

Jeden z nielicznych wyjątków stanowią stalowe wyroby budowlane, w przypadku których, z uwagi na dość dobrze sprecyzowane przeznaczenie, często zdeterminowane już na etapie wytworzenia wyrobu, stosunkowo łatwo można przewidzieć sposób eksploatacji, wymagane konserwacje czy scenariusz związany z zagospodarowaniem odpadu po zakończeniu okresu użytkowania konstrukcji. Możliwość poddawania stali wielokrotnemu recyklingowi, bez ryzyka obniżenia właściwości nowo wytworzonych wyrobów, sprawia, że stal jest postrzegana jako flagowy przykład materiału spełniającego założenia koncepcji GOZ. Światowe stowarzyszenie producentów stali worldsteel opracowało metodykę wyznaczania oddziaływań – korzyści – środowiskowych, wynikających z zastosowania złomu stalowego do produkcji nowej stali (closed materialloop recycling methodology), w której pod uwagę brane są informacje dotyczące ilości wyrobu poddawanego recyklingowi po zakończonym cyklu życia, ilość złomu stalowego użyta w procesie produkcji, z którego wykonano oceniany wyrób, oddziaływania wyrobu w fazie wytwarzania, a także dane teoretyczne dotyczące procesu produkcji stali.

LCI dla 1 kg wyrobu stalowego = X – (RR – S) × Y(Xpr – Xre)

X – LCI dla A1-A3 wyrobu stalowego

(RR – S) ilość złomu netto:

RR – wskaźnik recyklingu na końcu życia wyrobu stalowego

S – ilość złomu użyta w procesie produkcji stali

Y(Xpr – Xre) wartość złomu, gdzie:

Y – wydajność procesu EAF (i.e. > 1 kg złomu jest potrzebne do wytworzenia 1 kg stali)

Xpr – dane LCI dla 100% pierwotnej produkcji stali; wartość teoretyczna dla płyty stalowej wytworzonej metodą BF/BOF przy założeniu użycia 0% złomu

Xre – dane LCI dla 100% wtórnej produkcji stali ze złomu w procesie EAF przy założeniu użycia 100% złomu

Proponowana metodyka jest powszechnie stosowana przez operatorów programu deklaracji środowiskowych III typu, w tym przez ITB, do wyznaczania oddziaływań środowiskowych wyrobów stalowych, występujących poza systemem, czyli w module D analizy LCA.

dr inż. Justyna Tomaszewska
Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Fizyki Cieplnej, Akustyki i Środowiska

Literatura

1. Closing the loop – An EU action plan for the Circular Economy COM(2015)614 final, 2015
2. A. Mayer, W. Haas, D. Wiedenhofer, F. Krausmann, P Nuss and G.A. Blengini, Measuring Progress towards a Circular Economy: A Monitoring Framework for Economy-wide Material Loop Closing in the EU28, J. Ind. Ecol., vol. 23, no. 1, pp. 62-76, 2019.
3. OECD (online), available: https://www.oecd.org/ (accessed: 22-Apr-2020).
4. Eurostat (online), available: https://ec.europa.eu/eurostat (accessed: 15-Nov-2019).
5. Statistics Poland (online), available: https://stat.gov.pl.
6. L.F. Benachio, M. do C.D. Freitas and S.F. Tavares, Circular economy in the construction industry: A systematic literature review, J. Clean. Prod., vol. 260, p. 121046, Jul. 2020.
7. G. Clark, Evolution of the global sustainable consumption and production policy and the United Nations Emironment Programme’s (UNEP) supporting activities,J. Clean. Prod., vol. 15, no. 6, pp. 492-498, Jan. 2007.
8. M. Piasecki, Metoda oceny budynku pod kątem zrównoważonego rozwoju, Mater. Bud. no. 5, pp. 34-36, 2010.
9. Ellen MacArthur Foundation, Circular Academy, 2012 (online), available: http://www.circular.academy/circular-economy-some-definitions/ (accessed: 19-Sep-2019).
10. M. McDonough, W. Braungart, Cradle to Cradle: Remaking the Way We Make Thing,1st editio, New York, 2003.
11. EC, Towards a circular economy: Closing the loop of the products lifecycle (online), available: https://ec.europa.eu/commission/prio- rities/jobs-growth-and-investment/towards-circular-economy_en (accessed: 17-Apr-2020).
12. EC, Circular Economy Package (online), available: https://ec.europa.eu/commission/publications/documents-strategy-plastics-circular-economy_en (accessed: 17-Apr-2020).
13. EC, Implementation of the Circular Economy Action Plan, 2019.