Zużycie energii w budownictwie w porównaniu do innych gałęzi gospodarki jest stosunkowo wysokie. Zmniejszenie konsumpcji energii w budownictwie ma ogromne znaczenie dla zrównoważonego rozwoju (1). Według Global Status Report for Buildings and Construction z 2019 roku zużycie energii w budownictwie stanowiło 36% całkowitego światowego zużycia energii w 2018 r., niektóre źródła podają, że branża budowlana odpowiada za 40% zużycia energii pierwotnej (2). Na całkowitą konsumpcję energii w budownictwie składa się wiele czynników takich jak: produkcja materiałów budowlanych, transport czy proces budowy. Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju szczególnie negatywny wpływ na środowisko jest związany z produkcją cementu.
Cement jest spoiwem hydraulicznym szeroko stosowanym w budownictwie do produkcji betonu, zapraw oraz tynków, a także jako dodatek do stabilizacji gruntów. Produkcja cementu to proces wymagający dużych nakładów energii, głównie ze względu na konieczność wypalania jego składników w temperaturze sięgającej około 1450°C, co wiąże się ze znacznym zużyciem energii. Ze względu na znaczny ślad węglowy generowany w procesie produkcji cementu, obecnie znaczącym problemem jest minimalizacja jego użycia [3]. Według [4] całkowita emisja CO2 związana z produkcją cementu stanowi aż 8% globalnej emisji dwutlenku węgla. W związku z tym wysoce zasadne wydaje się wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań lub alternatywnych materiałów, które mogą zmniejszyć ilość stosowanego cementu w budownictwie.
Rozwiązania mające na celu zmniejszenie wykorzystania cementu w budownictwie
W odpowiedzi na wyzwania środowiskowe branża budowlana coraz częściej sięga po innowacyjne rozwiązania, które pozwalają na zmniejszenie zużycia cementu bez utraty jakości i trwałości konstrukcji. Wszystkie te działania nie tylko przyczyniają się do redukcji emisji gazów cieplarnianych, ale także wpisują się w globalne trendy ESG, promując bardziej odpowiedzialne i efektywne zarządzanie zasobami.
Optymalizacja projektowania konstrukcji
Optymalizacja projektowania konstrukcji jest jednym z kluczowych sposobów na zmniejszenie zużycia cementu w budownictwie. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii oraz bardziej efektywnemu projektowaniu możliwe jest ograniczenie ilości materiałów przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej trwałości i bezpieczeństwa budynków.
Jednym z najważniejszych narzędzi wspierających optymalizację projektowania jest modelowanie informacji o budynku (BIM). Technologia ta pozwala na precyzyjne zaplanowanie konstrukcji, umożliwiając dokładne obliczenie ilości materiałów potrzebnych do budowy. Dzięki temu można ograniczyć straty i uniknąć nadmiernego zużycia betonu.
Prefabrykacja stanowi kolejną metodę pozwalającą na ograniczenie ilości cementu w budownictwie. Polega ona na produkcji elementów budowlanych w kontrolowanych warunkach fabrycznych, co pozwala na precyzyjne planowanie ich wymiarów i minimalizację strat materiałowych. Dodatkowo, w procesie prefabrykacji można stosować beton zawierający alternatywne spoiwa, co pozwala na dalsze zmniejszenie zapotrzebowania na cement. Oprócz tego prefabrykacja wspiera efektywne zarządzanie zasobami, zmniejsza wpływ budownictwa na środowisko i poprawia warunki pracy, redukując konieczność wykonywania ciężkich robót na placu budowy.
Zastąpienie cementu alternatywnymi materiałami.
Zastępowanie cementu alternatywnymi materiałami jest efektywnym sposobem na zmniejszenie jego zużycia w budownictwie. Wdrażanie innowacyjnych materiałów zmniejsza negatywny wpływ budownictwa na środowisko i jednocześnie pozwala na bardziej zrównoważone gospodarowanie zasobami naturalnymi.
Jednym z najczęściej stosowanych zamienników cementu są dodatki mineralne, takie jak popioły lotne, żużel wielkopiecowy czy pył krzemionkowy. Popioły lotne, będące produktem ubocznym spalania węgla w elektrowniach, mogą być wykorzystywane jako częściowy zamiennik cementu, poprawiając właściwości betonu, takie jak szczelność czy urabialność mieszanki betonowej. Z kolei żużel wielkopiecowy, powstający jako produkt odpadowy w hutnictwie, również można stosować jako substytut cementu, zwiększając czas wiązania mieszanki betonowej, odporność na agresję chemiczną (chlorkową, siarczanową, alkaliczną) oraz obniżając ciepło hydratacji. Pył krzemionkowy natomiast, będący produktem ubocznym procesu produkcji stopów krzemu i żelazokrzemu, zwiększa wytrzymałość i trwałość betonu, poprawiając odporność na mróz oraz związki chemiczne.
Coraz większą popularność zyskują także spoiwa geopolimerowe, które stanowią innowacyjną alternatywę dla tradycyjnego cementu portlandzkiego. Geopolimery są wytwarzane na bazie syntezy krzemu (Si) i aluminium (Al), pozyskiwanych geologicznie z minerałów. Charakteryzują się one niską emisyjnością dwutlenku węgla, wysoką odpornością chemiczną oraz bardzo wysoką ogniotrwałością. Ich proces produkcji wymaga znacznie mniej energii niż produkcja cementu.
Wykorzystanie recyklingu betonu
Recykling betonu pozwala na ponowne wykorzystanie odpadów budowlanych, co przyczynia się do redukcji ilości odpadów składowanych na wysypiskach, zmniejszenia eksploatacji zasobów naturalnych oraz ograniczenia zapotrzebowania na nowy cement. Działanie to doskonale wpisuje się w założenia ESG, ponieważ wspiera zarówno aspekty ekologiczne, jak i ekonomiczne oraz społeczne w sektorze budowlanym.
Proces recyklingu betonu polega na jego rozbiórce, a następnie przetworzeniu na kruszywo wtórne, które może być ponownie wykorzystane w produkcji nowych elementów budowlanych. Dzięki nowoczesnym technologiom istnieje możliwość oddzielenia betonu od zbrojenia oraz rozdrobnienia go na różne frakcje, które mogą znaleźć zastosowanie w różnych obszarach budownictwa. Kruszywo pochodzące z recyklingu może być używane jako zamiennik naturalnych kruszyw w mieszankach betonowych, co pozwala na zmniejszenie zapotrzebowania na cement oraz ograniczenie wydobycia kruszywa.
Odpowiedzialne budownictwo a globalne trendy
Zmniejszenie zużycia cementu w budownictwie jest kluczowym krokiem w dążeniu do zrównoważonego rozwoju, a także realizacji celów ESG. Wdrażanie wymienionych rozwiązań nie tylko przyczynia się do zmniejszenia śladu węglowego, ale także wspiera bardziej odpowiedzialne gospodarowanie zasobami naturalnymi, wpisując się w globalne trendy ekologiczne, społeczne i ekonomiczne. Przyszłość budownictwa będzie więc w dużej mierze zależała od zdolności branży do innowacji oraz adaptacji do zasad zrównoważonego rozwoju.
Autor: Piotr Wyborski, Polski Instytut ESG
[1] Liming Chen, Yuanyuan Zhao, Rui Xie, Bin Su, Yue Liu, Xv Renfei, Embodied energy intensity of global high energy consumption industries: A case study of the construction industry, Energy, Volume 277, 2023, 127628, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127628.
[2] Bin Liu, Dedong Wang, Youquan Xu, Chunlu Liu, Mark Luther, Embodied energy consumption of the construction industry and its international trade using multi-regional input–output analysis, Energy and Buildings, Volume 173, 2018, Pages 489-501, ISSN 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.05.040.
[3] Barcelo L., Kline J., Walenta G., Gartner E.: Cement and Carbon Emissions. Mater Struct 2014, 47, 1055–1065, doi:10.1617/s11527-013-0114-5
[4] Olivier J.G.J., Janssens-Maenhout G., Muntean M., Peters J.A.H.W.: Trends in Global CO2 Emissions: 2016 Report. PBL Netherlands Environmental Assessment Agency; European Commission, Joint Research Centre, Directorate Energy, Transport & Climate 2016.