مصالح ساختمانی جایگزین و تاثیر آنها بر کربن تجسم یافته

توسعه مصالح ساختمانی جایگزین و تاثیر بالقوه آنها بر کربن تجسم یافته

این مطالعه یک ارزیابی از چرخه عمر کل ساختمان 265 متر مربعی در میشیگان، ایالات متحده ارائه می دهد. در اینجا ردپای کربن تجسم یافته در مصالح ساختمانی معمولی حاوی مواد با مقاومت ضربه ای بالا مانند بتن، فولاد، گچ، رنگ و عایق به دقت بررسی شده اند. همچنین مراحل استخراج مواد خام تا حمل و فرآوری مواد خام به محصولات نهایی و حمل محصولات نهایی به سایت نیز درنظر گرفته شده است. با جایگزینی یکسان کاهش قابل توجهی در ردپای کربن تجسم یافته از 19 تا 39 درصد مشاهده شد. با این حال، این مطالعه چالش‌های اصلاح مواد حاوی کربن کمتر را به دلیل آمادگی بازار محدود و مقیاس پذیری برخی از گزینه های سازگار با محیط زیست بررسی می کند. این مطالعه که یک رویکرد جامع است، همچنین با تکیه بر سطح آمادگی فناوری (TRL) بر پیچیدگی شیوه‌های ساخت و ساز با کربن تجسم‌یافته و تاثیرات زیست محیطی آنها تاکید می کند.

صنعت ساخت و ساز جهانی به طور قابل توجهی بر استفاده از منابع و انتشار گازهای گلخانه ای تاثیر می گذارد. این صنعت 60 درصد مواد خام و 15 درصد از منابع آب شیرین جهان را مصرف کرده و 25 درصد از کل زباله جهان را نیز تولید می کند. ازطرفی در سال 2017، 36 درصد مصرف جهانی انرژی و 39 درصد انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) مرتبط با انرژی را به خود اختصاص داده است. بیش از یک چهارم از این گازها ناشی از تولید مصالح و فعالیت های ساختمانی است. این صنعت ازنظر انتشار گازهای گلخانه‌ای رتبه سوم را در ایالات متحده دارد. از سپتامبر 2022 تا سپتامبر 2023، میشیگان حدود 18900 پروانه ساختمانی مسکونی صادر کرده است. به گزارش امریکن هوم شیلد، متوسط ​​اندازه واحد مسکونی میشیگان تقریبا 160 مترمربع است که شامل حدود 3 میلیون مترمربع ساخت و ساز مسکونی می شود. تولید برخی از مصالح ساختمانی معمولی مانند بتن، فولاد یا پلاستیک می تواند شامل کربن فشرده باشد. مطالعات نشان داده است که 50 درصد از انتشار چرخه عمر در مراحل 1 تا 3 ساخت و ساز یا Cradle-to-Gate طول رخ می دهد. باوجود این حجم از ساخت و ساز، تلاش برای کربن زدایی در ساختمان بر کاهش گازهای گلخانه ای، با ابتکارات ملی و دولتی باهدف دستیابی به کربن صفر تا سال 2050 متمرکز شده است. اگرچه برخی از مطالعات که به انتشار عملیاتی گازهای گلخانه ای اشاره کرده اند، اما ممکن است میزان انتشار درطول عمر ساختمان از 60 تا 80 درصد متغیر باشد. در بسیاری از کشورها استانداردهای حداقل عملکرد و ضوابط انرژی ساختمان باهدف ساخت و ساز کارآمد و استفاده از مواد تجدیدپذیر سختگیرانه تر عمل می‌کنند. در جدول زیر کربن تجسم یافته در مصالح ساختمانی بیان شده است.

جدول 1:

اگرچه دمای هوا باعث افزایش گازهای گلخانه‌ای مرتبط با سیستم گرمایش ساختمان می شود اما انتشار مستقیم از ساختمان در سال 2022 نسبت به سال 2021 کاهش یافته است. این تحولات نشان دهنده ضرورت توسعه مدیریت انتشار گازهای گلخانه ای در صنعت ساختمان هستند. بنابراین، اولویت بندی مراحل ساخت در کاهش ردپای کربن بسیار مهم است. در سال های اخیر، مطالعات متعددی به بررسی کاهش ردپای کربن در مصالح ساختمانی، با تمرکز بر یافتن مواد جایگزین و تکنیک های قابل اجرا برای زیرساخت ها ازجمله منازل، جاده ها و پیاده روها پرداخته اند. این مطالعات همچنین بر ضرورت اتخاذ شیوه های کم کربن در صنعت ساخت باهدف توسعه مراحل کربن تجسم یافته تاکید می کنند. مراحل اولیه چرخه عمر یک ساختمان فرصت بسیار مهمی برای معماران، مهندسان و سازندگان جهت پیاده سازی استراتژی های کاهش ردپای کربن است. تصمیمات اتخاذ شده در این مراحل می توانند منجر به کاهش قابل توجهی در کربن تجسم یافته شوند. مراحل بعدی چرخه عمر ساختمان چالش های مختلفی را به همراه دارد. اثربخشی کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در این مراحل به طور قابل توجهی به آگاهی و تعهد ساکنان به شیوه های پایدار بستگی دارد. درنتیجه، کاهش موثر انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت ساختمان نیازمند رویکرد کل نگری است که به تجسم و عملیاتی شدن انتشار کربن می پردازد. این استراتژی در مراحل اولیه ساخت، با درنظر گرفتن پایان عمر بنا، آغاز می شود و بر نیاز به افزایش آگاهی و مشارکت فعال ساکنان و طراحان در چرخه عمر ساختمان تاکید دارد.

این مطالعه به بررسی موادی با کربن تجسم یافته مانند بتن، فولاد، گچ، رنگ، پنجره و عایق می پردازد که تاکید تاثیر قابل توجهی بر ردپای کلی کربن ساختمان دارند. در اینجا مشاهده شد که جایگزینی مواد سنتی با مواد مناسب می تواند موجب کاهش انتشار کربن بین 19 تا 39 درصد شود. این جایگزین ها بایستی به گونه ای انتخاب شوند که یکپارچگی و عملکرد سازه به خطر نیفتد. با بررسی دقیق چشم انداز فعلی مصالح ساختمانی جایگزین به این نتیجه می رسیم که برخی از مواد با پتانسیل بالا در مراحل ابتدایی هستند و تولید آنها هنوز با تقاضای بازار برابری نمی کند. برای مثال، اگرچه این ایده در کاهش کربن بسیار موثر است اما تولید CO₂ معدنی درحال حاضر بسیار محدود است. جایگزین های کم کربن با چالش هایی مواجه هستند که ما در اینجا با کمک ابزار تحلیل به بررسی آنها پرداخته ایم. این ابزارهای تحلیلی یک چشم انداز از برخی مصالح ساختمانی با تاکید بر صرفه جویی در کربن ارائه می‌دهند اما با این حال منعکس کننده یک وضعیت اضطراری از دسترس به بازار و مرحله بلوغ تکنولوژیکی هستند. این نابرابری بر ضرورت سرمایه گذاری هدفمند و تشدید تحقیق و توسعه جهت افزایش مقیاس پذیری و نفوذ این مواد به بازار تاکید دارد.

کلام آخر

این مطالعه ردپای کربن مصالح ساختمانی معمولی در ساخت یک خانه 265 مترمربعی را بررسی می کند که منجر به انتشار تقریبا 28450 کیلوگرم کربن تجسم یافته می شود. جایگزین های کربن تجسم کم منجر به کاهش قابل توجهی در ردپای کربن منازل تا حدود 17300 کیلوگرم می شود. اگرچه تولید بسیاری از مواد جایگزین در ایالات متحده برای تامین خواسته های قریب الوقوع ساخت و ساز در میشیگان کافی نیست، هنوز به جایگزین نوآورانه ای در صنعت بتن که بتواند پیامدهای زیست محیطی را تحت تاثیر قرار دهد، دست نیافته اند. تولید عایق EPS بازیافتی یکی از موادی است که ازنظر تکنولوژیکی بالغ است و می تواند حدود 80 درصد از ردپای کربن را درمقایسه با عایق EPS بکر کاهش دهد. اما اکثر جایگزین های پایدار یکسان TRL درمقایسه با همتایان معمولی خود 50 درصد کمتر کربن تجسم یافته را کاهش دادند. کار پیش رو مستلزم تلاشی هماهنگ برای پر کردن شکاف بین ظرفیت تولید فعلی و تقاضای آینده است. حتی اگر جایگزین ها به خوبی در بازار معرفی شوند، باز هم باید برای سرمایه گذاری استراتژیک در فناوری باهدف بهبود خواص مواد و فرایندهای تولید و همچنین اعمال سیاست هایی درجهت پذیرش کاهش ردپای کربن تلاش شود. با این کار، صنعت ساخت و ساز می تواند به طور قابل توجهی به کاهش کربن که معیاری برای شیوه های جایگزین در پروژه های ساختمان های مسکونی است کمک کند.