W poszukiwaniu niskoemisyjności pod ziemią

Od wielu lat eksperci zajmujący się ochroną środowiska ostrzegali przed katastrofalnym dla klimatu wpływem rosnącej emisji gazów cieplarnianych.

Ocieplenie klimatu, topnienie lodowców oraz coraz gwałtowniejsze zjawiska atmosferyczne to tylko niektóre konsekwencje postępujących zmian klimatycznych. Za ich przyczyny uznaje się rosnące stężenie gazów cieplarnianych w ziemskiej atmosferze. Gazy cieplarniane (GHG – Greenhouse Gas) to gazy, które przepuszczają większość promieniowania słonecznego (tzw. promieniowanie krótkofalowe) docierającego do Ziemi, pochłaniając jednocześnie promieniowanie podczerwone (tzw. promieniowanie długofalowe) odbijane przez powierzchnię Ziemi. Absorbując promieniowanie podczerwone, gazy cieplarniane przyczyniają się do powstania efektu cieplarnianego. Wielkością charakteryzującą możliwość wpływania wybranego gazu na efekt cieplarniany jest współczynnik globalnego ocieplenia (GWP). Zmiany stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze mogą być spowodowane zarówno czynnikami naturalnymi, jak i działalnością człowieka.

Wykres. Globalne emisje CO₂ ze spalania paliw kopalnych (czarna linia) i produkcja cementu z zakresem
niepewności (szary obszar). Obok wykresu pokazano średnie trendy w wybranych okresach. Prognozę dla 2021 r.
obliczono na podstawie danych z pierwszej połowy roku oraz przewidywanych zmian w PKB i energochłonności
gospodarek poszczególnych krajów świata

Gazem mającym największy wpływ na efekt cieplarniany jest para wodna. Drugi jest dwutlenek węgla (CO₂). Działalność człowieka ma niewielki wpływ na ilość pary wodnej, za to znacznie przyczynia się do wzrostu CO₂ w atmosferze. Ilość emitowanego do atmosfery dwutlenku węgla z roku na rok rośnie i uznaje się go za głównego sprawcę postępującego ocieplenia klimatu.

Ponieważ działalność ludzka nie wpływa na zawartość pary wodnej w atmosferze ziemskiej, działania społeczności międzynarodowej nakierowane są na redukcję emisji dwutlenku węgla. Wytyczne europejskich organizacji oraz zmiana regulacji prawnych powinny przyczynić się do ograniczenia produkcji gazów cieplarnianych i zużycia nieodnawialnych źródeł energii. Zgodnie z założeniami polityki klimatycznej UE do roku 2050 kraje członkowskie mają osiągnąć neutralność klimatyczną, tzw. zerową emisję netto. Oznacza to stan, w którym antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych są w całości zrównoważone przez pochłanianie lub wychwycenie z atmosfery. Równocześnie, aby osiągnąć ten cel, zakłada się realizację zadań pośrednich, m.in. redukcję emisji gazów cieplarnianych do roku 2030 o 55% w stosunku do poziomu z 1990 r.

Fot. stock.adobe/Sashkin

>>> Budownictwo zrównoważone a zmiany klimatu

>>> Rola systemów automatyki budynkowej w kontekście zrównoważonego budownictwa jednorodzinnego2

>>> Budynki blisko zeroenergetyczne – zastosowanie pomp ciepła i instalacji fotowoltaicznych

>>> Jak tańszym kosztem osiągnąć niski wskaźnik energii pierwotnej?

Branża budowlana – jeden z głównych producentów CO₂

Zgodnie z danymi publikowanymi przez agencje działające przy ONZ (środowiskową i energetyczną) istniejące budynki, budowle oraz cały sektor budownictwa odpowiadają łącznie za 36% globalnego zużycia energii oraz aż 39% globalnej emisji CO₂. 28% globalnej emisji dwutlenku węgla związane jest z ogrzewaniem, klimatyzacją i oświetleniem budynków, a pozostałe 11% dotyczy produkcji materiałów oraz procesów budowlanych przez cały okres życia konstrukcji.

Rys. 1. Główne źródła emisji CO₂ w procesie budowy (branża geotechniczna)

Zatem zmniejszenie ogromnych ilości CO₂ produkowanego przez naszą branżę to obecnie jedno z głównych wyzwań stojących przed uczestnikami rynku budowlanego, na którego zmieniające się oczekiwania i potrzeby mają wpływ aktualne czynniki oraz warunki rynkowe:

zmiany ustawodawstwa, regulacje prawne;
rosnący popyt ze strony klientów na obiekty neutralne dla środowiska;
ciągła potrzeba oszczędności w zakresie redukcji zużycia energii;
zmiana generacyjna wśród pracowników;
presja inwestorów;
moralne zobowiązanie.

Aby odpowiedzieć na te wyzwania, musimy jako branża budowlana zacząć intensywnie pracować nad ograniczeniem produkcji dwutlenku węgla. Obecnie w kontekście działalności gospodarczej rozróżniamy dwa pojęcia: „neutralność klimatyczna” oraz „zerowa emisja netto”. Neutralność klimatyczna oznacza osiągnięcie zerowej emisji gazów cieplarnianych w danej spółce, zakładzie albo dla danego produktu czy wydarzenia. Zerowa emisja netto to z kolei bardziej ambitny cel, który wpływa na całą organizację i jej łańcuch wartości. Oznacza redukcję pośrednich emisji gazów cieplarnianych, od dostawców po użytkowników końcowych, co jest skomplikowanym przedsięwzięciem w świecie, w którym firmy nie kontrolują całego łańcucha wartości.

Greenhouse Gas Protocol

Z początkiem XXI w. rozpoczęły się bardziej zorganizowane działania społeczności międzynarodowej na rzecz opracowania wspólnego standardu do mierzenia emisji gazów cieplarnianych pochodzących zarówno z prywatnego, jak i publicznego sektora oraz zarządzania nią. Działania te zaowocowały stworzeniem przez World Resource Institute (WRI) oraz World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) wraz z innymi organizacjami światowymi dokumentu nazwanego Greenhouse Gas Protocol, który w wyczerpujący sposób opisuje sposoby oraz narzędzia do mierzenia i redukcji emisji gazów cieplarnianych. Greenhouse Gas Protocol dzieli emisje na trzy zakresy:

Zakres 1 obejmuje bezpośrednie emisje ze źródeł własnych lub kontrolowanych przez daną organizację, w tym ze spalania paliw na terenie zakładów, w związku z użyciem kotłów gazowych, samochodów służbowych czy klimatyzacji.

Zakres 2 obejmuje emisje pośrednie energetyczne, pochodzące z wytwarzania energii elektrycznej, ciepła, zimna czy pary, kupowanych i wykorzystywanych przez daną organizację.
Zakres 3 obejmuje inne emisje pośrednie, które można zidentyfikować w łańcuchu wartości danej organizacji. Są one najtrudniejsze do śledzenia i kontroli, ale zazwyczaj mają największy udział we wszystkich emisjach danej organizacji, ponieważ obejmują gazy cieplarniane emitowane przez dostawców, podczas podróży służbowych, zakupy, zagospodarowanie odpadów, zużycie wody, wykorzystywanie produktów i usług, które dana organizacja oferuje, oraz końcowy etap życia produktów.

Obecnie większość firm skupia się tylko na pierwszych dwóch zakresach, ale pomiar emisji w zakresie 3 przynosi wiele pożytku. Firmy mogą identyfikować miejsca o szczególnie wysokich poziomach emisji w swoim łańcuchu dostaw, ustalać poziom efektywności energetycznej i możliwości zmniejszania kosztów, a także budować pozytywne relacje z dostawcami i pracownikami, by pomóc obniżać emisje. Mogą również szukać sposobów wpływania na zachowania klientów lub planować końcowy etap życia produktów.

niskoemisyjność

Rys. 2. Udział poszczególnych procesów budowy w wielkości emisji CO₂

>>> Energochłonność budynków spada

>>> Wpływ materiałów budowlanych na energooszczędność budownictwa

>>> Centrale wentylacyjno-klimatyzacyjne. Energooszczędność

Geotechnika a niskoemisyjność

Od czego zatem zacząć? Aktywność zmierzającą do ograniczenia emisji CO₂ możemy podzielić na trzy etapy:

Szacowanie, pomiar i monitoring.
Identyfikacja i wdrożenie działań ograniczających emisję.
Rejestracja i raportowanie.

Szacowanie, pomiar i monitoring

Przede wszystkim musimy zacząć mierzyć emisję CO₂ w naszych przedsiębiorstwach i na placach budów. Aby skutecznie redukować ilość produkowanego dwutlenku węgla, powinniśmy opierać się na faktach, a nie założeniach czy przypuszczeniach. Konieczne są pomiar oraz identyfikacja głównych źródeł emisji CO₂. Dopiero mając tę wiedzę, jesteśmy w stanie skutecznie i efektywnie wdrażać rozwiązania, które pozwolą zmniejszać emisję dwutlenku węgla.

Jeżeli chodzi o sektor geotechniczny, to dwie największe organizacje – European Federation of Foundation Contractors (EFFC) i Deep Foundations Institute (DFI) zrzeszające krajowe organizacje branżowe (członkiem EFFC jest Polskie Zrzeszenie Wykonawców Fundamentów Specjalnych) opracowały specyficzną dla sektora metodologię pomiaru emisji dwutlenku węgla oraz powiązany „kalkulator CO₂” dla wykonywania posadowień i wielu prac geotechnicznych. Kalkulator ten staje się coraz powszechniejszym narzędziem, a docelowo autorzy chcieliby, aby stał się przyjętym na arenie międzynarodowej narzędziem do szacowania emisji CO₂ w trakcie prac geotechnicznych. W 2011 r. grupa robocza składająca się z wykonawców geotechnicznych, finansowana przez EFFC i DFI, opracowała wersję kalkulatora w formacie Excel. Do końca 2012 r. sprecyzowano wymagania dotyczące kalkulatora i zakończono zbieranie danych. Wersja 1 narzędzia została wydana w kwietniu 2013 r. i miała zastosowanie w Europie, obejmując pale wiercone, mikropale, pale przemieszczeniowe, iniekcje cementowe, ścianki z grodzic, mieszanie gruntu oraz ściany szczelinowe i przesłony przeciwfiltracyjne. Wersja 2 została wydana w listopadzie 2013 r. zarówno w Europie, jak i Ameryce Północnej, obejmując następujące dodatkowe techniki: dreny pionowe, odwadnianie, podbicia fundamentów, wiercenia poziome, kotwy i gwoździe gruntowe, kolumny żwirowe, ściany z pali wierconych, zagęszczanie wibracyjne, iniekcje strumieniowe. W 2016 r. ogłoszono wersję 3 kalkulatora z aktualizacją współczynników konwersji. Aktualizacja uwzględnia zmiany, które wynikają z postępu technologicznego i zmian technologicznych, takich jak intensywność emisji dwutlenku węgla podczas wytwarzania energii elektrycznej w poszczególnych krajach oraz wszelkie ulepszenia wydajności wytwarzania materiałów.

W oparciu o dotychczasowe pomiary wykonywane przy użyciu kalkulatora (na podstawie projektów realizowanych w firmie Keller) możemy wydzielić główne obszary powodujące emisję CO₂ w trakcie procesu budowlanego: paliwo do maszyn, energia elektryczna z sieci zewnętrznej, transport materiałów, dojazd pracowników na budowę, materiały budowlane, wywóz urobku i odpadów, podróże służbowe (rys. 1).

Analizując poszczególne projekty, można zrozumieć, które procesy i w jakim stopniu przyczyniają się do produkcji dwutlenku węgla. W zależności od charakteru projektu, technologii oraz miejsca wykonywania prac udział poszczególnych procesów się zmienia. Rys. 2 ukazuje ogólne wskazówki, gdzie należy szukać głównych możliwości redukcji emisji.

Przeprowadzone obliczenia przy użyciu „kalkulatora CO₂” pokazują, że największe źródła emisji nie są związane bezpośrednio z pracami wykonywanymi na budowie. Zdecydowana większość emisji CO₂ powstaje w trakcie produkcji materiałów budowlanych: cementu, stali, betonu. W przypadku projektów, gdzie stosuje się cement i stal, wytwarzanie tych materiałów odpowiada za około 80% całkowitej produkcji CO₂ w projektach geotechnicznych.

Identyfikacja i wdrożenie działań ograniczających emisję

Analizując naszą aktywność na budowie, zawsze powinniśmy rozważać redukcję emisji dwutlenku węgla jako serię kroków. Pierwszym i najskuteczniejszym jest całkowite wyeliminowanie emisji, następnie ograniczenie, zastąpienie i działania offsetowe (rys. 3).

niskoemisyjność

Rys. 3. „Piramida CO 2” – sposoby redukcji emisji dwutlenku węgla w trakcie prac geotechnicznych

Rejestracja i raportowanie

Ważnym elementem polityki firmy w podejściu do osiągnięcia celów – niezależnie od tego, czy mówimy o neutralności klimatycznej czy też o zeroemisyjności – jest rejestracja i raportowanie działań zmierzających do redukcji emisji CO₂. Pozwala to na analizę efektywności działań, wprowadzanie korekt, ale również ułatwia firmom przekonanie zewnętrznych interesariuszy o wymiernych efektach wysiłków w zakresie osiągania celów klimatycznych. Jest to szczególnie ważne w obliczu rosnących wymagań ze strony inwestorów, klientów, udziałowców oraz pracowników.

W tab. 1 i 2 zamieszczono dwa przykłady podejścia systemowego do redukcji CO₂, które możemy stosować przy projektach geotechnicznych w odniesieniu do głównych procesów generujących największą emisję CO₂.

Tab. 1. Przykład 1 – ograniczenie emisji CO₂ ze spalania paliw

niskoemisyjność

Tab. 2. Przykład 2 – ograniczenie emisji CO₂ związanej z produkcją materiałów budowlanych

niskoemisyjność

Kierunki dalszego rozwoju

Należy się spodziewać, że w niedalekiej przyszłości analiza stosowanych materiałów, technologii geotechnicznych, ale również rozwiązań projektowych pod kątem emisji CO₂ będzie coraz powszechniejsza, a znaczenie metod pozostawiających mniejszy ślad węglowy będzie rosnąć. Ponieważ materiały (stal i cement) odpowiadają za zdecydowaną większość emisji dwutlenku węgla, to z ograniczeniem ich zastosowania wiążą się największe możliwości zmniejszenia emisji, np. poprzez zamianę elementów betonowych, zbrojonych stalą na lżejsze metody wzmocnienia gruntu, kolumny żwirowe, dynamiczne zagęszczanie czy zamianę elementów żelbetowych (pali) na kolumny DSM. Oczywiście optymalizacje projektowe mają swoje granice i nie zawsze można zastąpić sztywne pale lżejszym rozwiązaniem. W tym przypadku z kolei można szukać sposobów redukcji emisji poprzez zastosowanie mniej emisyjnych materiałów, np. CEM III zamiast CEM I. Znaczne możliwości redukcji śladu węglowego zyskuje się również dzięki optymalizacji procesu budowlanego, choćby poprzez zmniejszenie zużycia paliwa przez maszyny budowlane z nowoczesnymi silnikami, wyłączanie maszyn w trakcie przerw technologicznych, ograniczenie transportu materiałów i ludzi.

Obszarów, w których można zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, w całym procesie jest wiele. Ważne jest, aby rozpocząć wdrożenie tego typu dobrych praktyk. Na wszystkich uczestnikach procesu budowlanego spoczywa odpowiedzialność za kierunek rozwoju branży budowlanej, mającej ogromny udział w globalnej emisji CO₂. Szczególną rolę powinny tu odgrywać duże firmy oraz organizacje branżowe zrzeszające podmioty gospodarcze poprzez wyznaczanie standardów, lobbing i zachęcanie przedsiębiorstw do działań na rzecz redukcji emisji dwutlenku węgla. W przypadku branży geotechnicznej taką rolę w Polsce pełni Polskie Zrzeszenie Wykonawców Fundamentów Specjalnych.

Obecna sytuacja geopolityczna i ekonomiczna związana z napaścią Rosji na Ukrainę, powodująca ograniczoną dostępność, ale również rosnący koszt paliw kopalnych, powinna przyspieszyć transformację energetyczną, a pośrednio wymusić przyspieszenie zmian na naszych placach budów. Stawiając duże, ale i mniejsze kroki, możemy odpowiedzialnie ograniczać negatywny wpływ branży budowlanej na otaczające nas środowisko.