Большая расплата за выбросы углерода приходит в архитектуру
Большая расплата за выбросы углерода приходит в архитектуру
Бетон является наиболее углеродоемким материалом, встречающимся в застроенной среде, и утрамбованная земля является жизнеспособной альтернативой — по крайней мере, для проектов определенного масштаба. Архитектурная фирма Lake|Flato из Сан-Антонио выбрала утрамбованную землю для двух своих жилых проектов, таких как этот в Западном Техасе. Предоставлено Кайлом Мелгаардом/Pilgrim Building Company- Автор: Одри Грей
Практики наконец-то начали применять более тонкий подход к углероду, выделяемому новыми зданиями. Они слишком поздно?
Я начал называть их моментами прихода к углероду — внутренними тревожными колокольчиками, которые звучат, когда вы начинаете осознавать разрушительные экологические издержки каждой искусственно созданной поверхности вокруг вас.
+ 8
Для Кейт Симонен, профессора, возглавляющей Форум по углеродному лидерству в Вашингтонском университете, это случилось в начале 2000-х годов, когда она была молодым архитектором и экспериментировала с альтернативными подходами к обычному бетону. Она позвонила своему инженеру-строителю по поводу проекта образовательного здания и спросила, могут ли они заменить часть цемента в смеси летучей золой. Он был готов попробовать это в фонде. Так они и сделали, а затем Симонен — просто из любопытства — подсчитал, насколько они уменьшили углеродный след проекта с помощью этого простого переключателя. «Это было больше, чем все мои варианты поездок на работу до конца моей жизни», — говорит Симонен. «Я подумал: «Вау! Вот это масштаб».
Архитектор Энтони Гуида пришел к углероду совсем недавно. Он уже посвятил годы своей карьеры работе в качестве глобального педагога в «Архитектуре 2030», некоммерческой организации, хорошо известной тем, что ставит амбициозные отраслевые цели по сокращению выбросов парниковых газов и поддерживает появление зданий с нулевым потреблением энергии. Гуида ясно представлял науку о двуокиси углерода, основном парниковом газе, который выбрасывается, когда здания сжигают ископаемое топливо для своих энергетических нужд. Но за последние несколько лет Гуида расширил сферу своей деятельности, включив в нее углерод, выделяемый при производстве обычных строительных материалов. Это называется воплощенным углеродом — все выбросы углекислого газа, возникающие при создании конструкции (даже «зеленой») и работающей. Однажды в этом году он въехал в подземный гараж. Он был типичным, с тремя уровнями бетона. Гуида сел в свою машину, внезапно почувствовав влияние всего, что она представляла, метрических тонн углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу только из-за производства цемента.
Если вы еще не были потрясены подобным ага-моментом, начало 2020-х, вероятно, принесет вам его. Активисты и политики назвали «грязные здания» главными виновниками того, что все чаще рассматривается как преступление, связанное с чрезмерными выбросами углерода, и они говорят не только об использовании энергии.
В то время как журналисты продолжают повторять рефрен о том, что на искусственную среду приходится почти 40 процентов ежегодного мирового пирога выбросов, общественность начинает осознавать, как традиционные материалы, такие как бетон и сталь, увеличивают этот кусок. Осведомленность обо всем углероде, выбрасываемом в широко распространенные методы строительства и отделки (от добычи сырья до производства и доставки), растет, и громкий углеродный стыд, направленный на ископаемое топливо, авиаперевозки и автомобилестроение, может легко распространиться на архитектуру, машиностроение, строительство и градостроительство.
Улучшение бухгалтерского учета
Распространенная жалоба среди лидеров устойчивого развития, борющихся за сокращение выбросов углерода, заключается в том, что их трудно измерить, конечно, в большей степени, чем потребление энергии. Как получить точную оценку «потенциала глобального потепления» для проекта, который может содержать тысячи материалов? Поскольку крупные архитектурные фирмы нанимали специалистов по устойчивому развитию для решения этой задачи, они часто создавали огромные электронные таблицы, отслеживая любой материал с экологической декларацией продукта (EPD). Тем не менее, учет воплощенного углерода обычно рассматривался как академическое или исследовательское занятие, которое нужно было подсчитать после завершения проекта. В течение многих лет ни один из стандартов устойчивого развития не измерял количество выбросов, которые предшествовали завершению строительства здания. Иными словами, очень немногие фирмы признавали, что «бюджет» проекта по углеродному следу часто расходуется еще до того, как включается свет.
Ситуация изменилась в 2012 году, когда LEED представила свою новую рейтинговую систему (4.0) с кредитами для закупки низкоуглеродистых материалов и составления анализа жизненного цикла (LCA) для проектов. Новые кредиты расширили возможности относительно немногочисленных профессионалов в области дизайна, у которых ранее было пробуждение углерода и которые постоянно экспериментировали с более совершенными инструментами для измерения воплощенного углерода. Athena Impact Estimator, инструмент для работы с электронными таблицами, разработанный в Ванкувере в 2002 г. и частично финансируемый правительством Канады, помог фирмам проводить ОЖЦ и был особенно эффективен на ранних этапах процесса проектирования. В 2009KT Innovations, Autodesk Sustainability Solutions и консалтинговая компания thinkstep компании KieranTimberlake приступили к разработке инструмента, который они в конечном итоге продали под названием Tally. Подключаемое приложение для архитекторов и инженеров, работающих в программном обеспечении Revit, позволяет командам сравнивать углеродный след различных материалов на ранних этапах процесса моделирования в рамках стандартной части рабочего процесса.
В этом месяце долгожданный инструмент закупок под названием EC3 (сокращение от «Калькулятор воплощенного углерода в строительстве») выходит из фазы тестирования и готовится к запуску. Инструмент, разработанный строительным гигантом Skanska USA, группой разработчиков программного обеспечения C-Change Labs, форумом Carbon Leadership Forum и более чем 30 другими партнерами, частично финансируемый Microsoft, использует данные из почти 15 000 отдельных EPD, чтобы помочь пользователям быстро сравнить углеродное воздействие наиболее распространенных строительных материалов (на данный момент сосредоточено на том, что доступно в Северной Америке). Категории включают конструкционные материалы, такие как бетон и сталь, металлический каркас, изоляцию, остекление, алюминий, гипсокартон, потолочную плитку и ковер. «У нас не так много времени, чтобы разобраться с воплощенным углеродом, и все просто на полном ходу», — говорит Стейси Смедли из Skanska. «Мы заставляем себя отчитываться за то, за что мы несем ответственность, и как можно быстрее продвигать цепочку поставок».
Большие рычаги
С появлением новых инструментов учета выбросов углерода были предприняты серьезные попытки создать «регенеративную архитектуру», что может означать многое, но в данном случае это идея создания чего-то, что хранит больше углерода, чем выделяет в целом. Новый язык для этих усилий также витает вокруг, например, «углеродно-положительный», немного запутанная отраслевая фраза для отрицательных общих выбросов. Вы также услышите «чистый нулевой выброс углерода» и «углеродно-нейтральный». Но суть та же: резкое сокращение как воплощенных, так и эксплуатационных выбросов углерода в течение всего срока службы проекта. Это может быть непростой задачей, признает Ривс Тейлор, директор и соруководитель отдела устойчивости дизайна в Gensler. «Даже если у вас есть намерения по полному нулевому выбросу углерода, вот где он идет вбок: углерод, выбрасываемый для производства фотоэлектрических модулей [солнечных панелей]», — говорит Тейлор. «Невозможно переехать в углеродно-положительное здание».
Но со временем и при творческом использовании материалов (а иногда и при покупке кредитов на возобновляемые источники энергии), по его словам, вы можете приблизиться к этому. Он видит фирмы по всему миру, и стандарты устойчивого развития, такие как Living Building Challenge, поддерживают эту цель. «Хороший дизайн зависит от параметров, — говорит Тейлор.
Некоторые из действий, которые значительно сокращают содержание углерода в теле, настолько просты, что дело даже не в поиске подходящего инструмента учета. «Лучше всего руководствоваться здравым смыслом», — говорит Томас Робинсон, основатель компании LEVER Architecture в Портленде, штат Орегон, специализирующейся на массовом строительстве из дерева (а теперь и из фанеры). «Используйте то, что у вас есть под рукой, материал, полученный в регионе и полученный из устойчиво управляемого леса». В архитектурной фирме Lake|Flato в Сан-Антонио партнер Боб Харрис работал со всеми видами строительных материалов с низким содержанием углерода, включая утрамбованную землю.
«Мы думаем: «Как мы можем сделать больше с наименьшими затратами? Как мы можем быть эффективными и элегантными с дизайном, чтобы не тратить впустую материалы, строительство, время или бюджет?», — говорит Харрис, отмечая склонность отрасли продавать клиентам более крупные и причудливые проекты. «Если бы люди останавливались и искали совместное использование, правильный размер, возможности объединения или уменьшения, а не просто «больше значит больше», это интуитивно понятно в качестве отправной точки».
Настоящими героями воплощенных проектов по сокращению выбросов углерода являются модификации, которые бывший президент AIA Карл Элефанте называет «устранением выбросов углерода».
Этот фактор огромен, потому что именно бетон и сталь в каркасе здания (больше, чем оболочка или интерьеры) чаще всего составляют большую часть выбросов. «Наша задача номер один, чтобы добиться первого снижения выбросов углекислого газа, — это разобраться с существующими зданиями», — говорит Элефанте.
Еще одним гигантским рычагом, конечно же, является государственная политика. Многочисленные города в Соединенных Штатах и Европе недавно приняли законы, которые не только регулируют количество выбросов углекислого газа, допустимых для высотных зданий, но и публично осуждают и штрафуют владельцев зданий за превышение установленных пределов. Например, в Нью-Йорке местные законы требуют, чтобы буквенные оценки (от A до F), оценивающие метрические тонны выбросов углерода в результате потребления энергии, были размещены на каждом общественном входе в небоскребы, начиная с середины 2020 года. Чикаго только что принял аналогичную меру, Австралия уже много лет находится в этом процессе, и Европейский Союз тоже экспериментирует.
Города Осло и Цюрих начинают продвигать постановления, направленные также на ограничение выбросов углерода, по словам Труда Раукена, стратега молодой некоммерческой организации Альянс углеродно-нейтральных городов. Местные законы Осло об углероде сосредоточены на закупках, чтобы гарантировать, что контракты на любые проекты общественных зданий заключаются с поставщиками, предлагающими строительные материалы с низким уровнем выбросов углерода. «Мы знаем, что нам нужно обезуглероживать строительный сектор, и мы знаем, как это сделать, от 50 до 100», — говорит Раукен.
Между тем, исследователи и дизайнеры, склонные к углероду, призывают к философским изменениям в культуре дизайна, чтобы поддерживать действия по сокращению. Новатор в области материалов Джонас Хауптман, в настоящее время профессор Технологического института Вирджинии, работающий над структурным потенциалом бамбука, говорит, что дизайнеры должны быть более честными в отношении того, какая часть нашей искусственной среды оказывается на свалках.
(Интерьеры — худшие преступники, которые меняются каждые десять лет или около того.) «В нашей культуре есть действительно странный набор желаний: мы всегда хотим новых вещей, но мы также хотим вещей, которые будут служить вечно», — говорит он. «Это стремление к постоянству совершенно неразумно». (Один из примеров этого в Соединенных Штатах? Иногда подрядчики добавляют высокоуглеродистый цемент в свои в остальном низкоуглеродистые утрамбованные земляные смеси, чтобы сделать земляные стены долговечными.) Гауптман предлагает проектировать с учетом деконструкции или повторного использования, чтобы сохранить как можно больше того, что уже -использовать углерод как можно больше, в то время как вкусы неизбежно меняются снова.
Карлайл из KieranTimberlake хочет, чтобы ведущие специалисты отрасли и ведущие профессора стали настолько грамотными в вопросах климата, чтобы они также повышали эстетику углеродно-нейтральных проектов. «Существует культурная тенденция, согласно которой, если вы слишком заботитесь об углероде или моделировании, вы почему-то больше не дизайнер, что вы не творите чудеса», — говорит Карлайл.
«Я думаю, нам нужно полностью отказаться от этого представления. Нам нужны люди, которые представляют собой этот романтический образ «Архитектора», чтобы не легкомысленно относиться к изменению климата, и нам нужно, чтобы они выполняли свою работу».
Бетон должен избавиться от своего колоссального углеродного следа
Производство цемента (например, в этот завод в России) приходится 8% мировых выбросов углекислого газа. Фото: Getty
Мокрый бетон веками заливали в здания, дороги, мосты и многое другое. Строения из бетона пережили войны и стихийные бедствия, пережив многие цивилизации, которые их построили 1 . Наряду с прочностью и устойчивостью бетон также является основным продуктом строительства, поскольку он относительно дешев и прост в изготовлении.
Ежегодно во всем мире используется 30 миллиардов тонн бетона. В расчете на душу населения это в 3 раза больше, чем 40 лет назад — и спрос на бетон растет быстрее, чем на сталь или дерево 2 .
Универсальные и долговечные бетонные здания и конструкции во многих отношениях идеально подходят для строительства, устойчивого к климатическим изменениям. Но бетон имеет колоссальный углеродный след — не менее 8% глобальных выбросов, вызванных деятельностью человека, приходится на одну только цементную промышленность
Бетон изготавливается путем добавления песка и гравия к цементу, взбивания смеси с водой и заливки в формы до высыхания. Изготовление цемента является наиболее углеродоемкой частью: оно включает использование ископаемого топлива для нагревания смеси известняка и глины до температуры более 1400 °C в печи. Кроме того, при нагревании известняка (карбоната кальция) с глиной на каждую тонну производимого цемента выделяется примерно 600 кг углекислого газа (см.
go.nature.com/3exhg82).
Литий-ионные аккумуляторы должны быть более экологичными и этичными
Существуют альтернативы цементу, но они находятся на ранних стадиях разработки, а сам цемент остается высокорентабельным — два фактора, препятствующих изменениям для компаний.
Альтернативы включают остаточные соединения производства чугуна и стали, известные как шлак, и кучи неиспользованной летучей золы, остаточного материала угольных электростанций. Исследователи также экспериментируют со снижением температуры, необходимой в процессе производства цемента, тем самым снижая потребление энергии.
С точки зрения учета выбросов углерода такие замены и процедурные изменения снизят воздействие цемента на окружающую среду, а также воздействие бетона. Но они по-прежнему связаны с выбросами углерода. Уголь постепенно прекращается, поэтому летучая зола не является долгосрочным решением. И альтернативы еще должны быть сертифицированы для использования в строительстве; для этого необходимы долгосрочные исследования их эффективности.
Цемент будет существовать в обозримом будущем, поэтому само производство цемента должно быть обезуглерожено, что может происходить разными способами. Например, топливо с низким содержанием углерода, такое как водород или биомасса, можно заменить ископаемым топливом при нагревании известняка и глины. И ученые изучают, можно ли использовать для отопления электричество вместо сжигания топлива.
Улавливание углерода может быть частью переходного процесса в цементной промышленности 4 . Например, в Швеции в июле компания объявила, что хочет уловить 1,8 млн тонн CO 2 с цементного завода и захоронить его в Северном море. Другая возможность — закачать захваченный CO 2 в сам бетон, заблокировав его навсегда, что также может улучшить свойства полученного материала. Введенный CO 2 вступает в реакцию с ионами кальция в цементе, образуя больше карбоната кальция и потенциально делая бетон способным выдерживать большие нагрузки.
Бетонные варианты Технологические изменения можно ускорить посредством регулирования и законодательства.
В Нью-Йорке и Нью-Джерси через законодательные собрания штатов проходит законопроект, который, в случае его принятия, обяжет агентства и департаменты штатов отдавать предпочтение цементу с меньшим углеродным следом.
Древняя битва между окружающей средой и бетоном
Другие штаты вводят законодательство, требующее, чтобы в предложениях по строительству декларировалось воздействие цементных смесей на окружающую среду. В некоторых регионах, таких как Гонолулу, Гавайи, добавлено требование о том, что в городских строительных проектах необходимо учитывать использование бетона, содержащего CO
В Европе Рамочная директива ЕС по отходам требует повторного использования 70% строительных отходов.
Другая идея, известная как паспорта материалов, также может помочь. При сносе зданий отработанный бетон разбивается и выбрасывается или продается для низкосортного использования, например, для обратной засыпки при строительстве дорог. Но паспорт гарантирует, что бетон регистрируется «при рождении», а затем отслеживается на протяжении всего его жизненного цикла, что делает его доступным для большего количества видов повторного использования.
Наконец, цементная промышленность должна публиковать более качественные данные о выбросах, чтобы можно было отслеживать прогресс. В исследовании, опубликованном в прошлом месяце, исследователи из Колумбийского университета в Нью-Йорке сообщают, что некоторые китайские компании по производству цемента стремятся достичь пика выбросов в 2023 году (см. go.nature.com/39z1sdd). Но только одна из десяти опрошенных компаний предоставляет данные о выбросах. Китай является крупнейшим в мире производителем цемента (55% мировых мощностей), и на долю цемента приходится 15% выбросов углерода в стране.
Без данных невозможно будет узнать, выполняются ли национальные цели.
В следующем месяце кампания цементной промышленности под названием «Конкретные действия в интересах климата» объявит о своей «дорожной карте» по достижению углеродной нейтральности к 2050 году. Это просрочено, но в «дорожной карте» должны также объясняться промежуточные шаги, как компании намерены достичь нейтральности и как будет развиваться прогресс. измеряться.
Части древнего мира были сделаны из бетона, и этот материал также использовался для строительства большей части современного мира. Исследователи и правительства должны сотрудничать с цементной промышленностью, чтобы сократить ее углеродный след, способствуя устойчивому к изменению климата строительству, в котором сейчас остро нуждается мир.
Ссылки
Jackson, MD et al. Проц. Натл акад. науч. США 111 , 18484–18489 (2014).
Артикул пабмед Google Scholar
