Właśnie opublikowaliśmy 12 odcinek podcastu Coopernicus!
Artykuł - zdjęcie główne
Jak budownictwo wpływa na zmiany klimatyczne i emisję gazów cieplarnianych?

Analiza stosowanych rozwiązań, możliwych sposobów na redukcję negatywnego wpływu na środowisko i próba odpowiedzi, jakie zmiany musimy wdrożyć w tym sektorze

Dwutlenek węgla (CO2), który jest gazem cieplarnianym, zatrzymuje ciepło w pobliżu Ziemi. Pomaga on Ziemi zatrzymywać energię otrzymywaną od Słońca, dzięki temu nie ucieka ona w całości w przestrzeń kosmiczną. Na pewnym poziomie  CO2 i inne gazy cieplarniane są dobre, ale nawet niewielki wzrost CO2 w atmosferze może spowodować, że Ziemia stanie się jeszcze cieplejsza. W kwietniu 2020 roku średnie stężenie CO2 w atmosferze było najwyższe od czasu rozpoczęcia pomiarów na Hawajach w 1958 roku. Co więcej, zapisy rdzeni lodowych wskazują, że takich poziomów nie widziano przez ostatnie 800 000 lat [1]. Prawie ¾ emisji gazów cieplarnianych stanowi CO2 powstający głównie w wyniku spalania paliw kopalnych [2] do produkcji energii elektrycznej i ciepła, wykorzystywanych do ogrzewania budynków lub do produkcji materiałów takich jak stal, plastik, cement i inne. CO2 może być również uwalniany podczas procesów produkcyjnych do wytwarzania materiałów, takich jak dekarbonizacja wapienia do produkcji cementu, jednego z kluczowych składników betonu. 

Ostatnia dekada przyniosła najwyższe w historii zarejestrowane temperatury. Brytyjski rekord ciepła z 2019 roku (38,7°C w Cambridge) został pobity w 2022 roku o 1,6°C w Coningsby w Lincolnshire osiągając 40,3°C. W Hiszpanii w 2021 w Montoro rekord temperatury wyniósł 47.4°C, a we Włoszech na Sycylii 48.8°C. W ostatniej dekadzie w Polsce najwyższą temperaturę 38.3°C odnotowano w 2019 w Radzyniu, a w 2022 w Słubicach. Daje to namacalny dowód, że mamy do czynienia ze zmianami klimatycznymi. Oprócz wysokiej temperatury możemy zaobserwować także ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak huragany, powodzie, susze i pożary [3]. 

Wpływ budownictwa na klimat

Budynki i przemysł budowlany odpowiadają za prawie połowę globalnej emisji CO2 związanej z energią [4], 60% jest związane z użytkowaniem budynków, takim jak ogrzewanie, chłodzenie, oświetlenie, używanie urządzeń. Pozostałe 40% związane jest z materiałami używanymi w budownictwie, głównie betonem, stalą, aluminium czy szkłem. Sam beton i stal w budownictwie są odpowiedzialne za ponad jedną dziesiątą globalnej emisji CO2. Przechodząc na nieemitujące źródła energii, emisja dwutlenku węgla z produkcji materiałów stosowanych w budownictwie (nazwana węglem ucieleśnionym lub śladem węglowym) może stanowić 100% całkowitej emisji w budownictwie [5]. Wraz ze wzrostem liczby ludności na świecie i znacznym wzrostem liczby mieszkańców miast, przewiduje się, że do 2060 roku powierzchnia użytkowa na świecie podwoi się w stosunku do 2015 roku (86% do 2050 roku) [6]. Oznacza to, że zgodnie z tymi prognozami, do istniejącej zabudowy trzeba co tydzień dodawać powierzchnię budynków odpowiadającą Paryżowi. W krajach rozwiniętych, takich jak Wielka Brytania, w 2050 roku 80% potrzebnych budynków będzie już wybudowanych, więc większość budynków i infrastruktury będzie potrzebna w krajach rozwiniętych, z czego połowa w Chinach, Indiach i Afryce [7]. 

W 2018 roku Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu ostrzegł, że globalne ocieplenie nie może przekroczyć 1,5°C, aby uniknąć katastrofalnych skutków zmian klimatu. Aby to osiągnąć, emisje muszą zmniejszyć się o połowę do 2030 roku – i spaść do poziomu zerowego netto* do 2050 roku [8]. Dla światowego przemysłu budowlanego oznacza to, że przy prawie dwukrotnym zwiększeniu powierzchni użytkowej budynków i dodaniu związanej z nimi infrastruktury, całe budownictwo musi stać się źródłem zerowej emisji netto do 2050 roku. 

* odnosi się do stanu, w którym gazy cieplarniane trafiające do atmosfery są równoważone przez usuwanie ich z atmosfery

Minimalizowanie wpływu na klimat

Redukcja energii i emisji w budownictwie jest kluczem do osiągnięcia celów klimatycznych i powinna obejmować dwa aspekty: redukcję emisji z eksploatacji budynku (ogrzewanie, chłodzenie, gotowanie, oświetlenie, korzystanie z urządzeń w budynkach) oraz redukcję emisji z produkcji materiałów i procesów pokrewnych. Ten pierwszy dotyczy zarówno budynków istniejących, jak i nowych. Około 64% energii w sektorze budynków mieszkalnych w UE przypada na ogrzewanie, dlatego poprawa izolacji cieplnej budynków, a także zamiana wszystkich kotłów wykorzystujących paliwa kopalne na elektryczne może przynieść ponad 80% oszczędności emisji CO2 związanych z energią. To samo dotyczy gotowania, które pochłania jedną czwartą energii w gospodarstwach domowych. Jednak redukcja emisji przyniesie korzyści tylko wtedy, gdy energia elektryczna będzie wytwarzana ze źródeł niskoemisyjnych lub nieemisyjnych. W krajach, które wykorzystują węgiel do produkcji energii elektrycznej (np. w Polsce, która jest liderem w Europie w produkcji energii elektrycznej z węgla, wytwarzając 70% całej energii elektrycznej, w porównaniu z 29% w Niemczech), konieczna jest transformacja w kierunku nieemisyjnych źródeł energii. 

Z perspektywy materiałowej największe oszczędności w zakresie emisji dwutlenku węgla można osiągnąć poprzez wydłużenie okresu eksploatacji budynków (zasada gospodarki cyrkularnej), ponowne wykorzystanie materiałów (również zasada gospodarki cyrkularnej), zwiększenie wydajności strukturalnej oraz zastosowanie materiałów niskoemisyjnych. Ostatnie badania wskazują, że rzeczywisty okres użytkowania budynków jest zazwyczaj krótszy niż okres projektowany, zwłaszcza w przypadku budynków niemieszkalnych, takich jak budynki biurowe, handlowe i przemysłowe. Ponowne wykorzystanie materiałów nie jest powszechną praktyką, zwłaszcza w krajach rozwiniętych, gdzie stanowi 5% odpadów to odpady budowlane. Ciekawostką jest fakt, że 30-40% materiałów konstrukcyjnych w budynkach nie jest konieczna do wykonania wymaganej usługi i stanowi odpad. Stosowanie materiałów niskoemisyjnych, takich jak stal niskoemisyjna (produkowana ze złomu stalowego lub/i z wykorzystaniem wodoru – w przypadku dekarbonizacji produkcji energii elektrycznej) oraz beton niskoemisyjny (z dużą ilością dodatków niskoemisyjnych) prowadzi do minimalizacji śladu węglowego głównych materiałów konstrukcyjnych. Niemniej jednak, obie te opcje mają ograniczenia. Na świecie nie ma wystarczającej ilości złomu stalowego, aby pokryć całe zapotrzebowanie na stal, a dodatki do betonu o niskiej zawartości węgla są również ograniczone. Wykorzystanie materiałów naturalnych, takich jak zrównoważone drewno, kamień lub ubita ziemia, może przynieść największe oszczędności w zakresie emisji dwutlenku węgla. Nie można ich jednak używać do niektórych zastosowań. Dostępność tych materiałów, zwłaszcza drewna, jest również ograniczona. Największe oszczędności w budownictwie można poczynić, jeśli tylko wszystkie branże zastosują się do strategii redukcji węgla ucieleśnionego opracowanej przez Światową Radę Biznesu na rzecz Zrównoważonego Rozwoju [9]. Może to przynieść znaczne oszczędności zarówno węgla ucieleśnionego, jak i operacyjnego. 

Rysunek 1 Strategia redukcji emisji dwutlenku węgla

Emisja w budownictwie

Co może zmniejszyć poziom emisji w budownictwie:

  • potrzeba budowy, a więc odpowiedź na pytanie, czy musimy budować? Co tak naprawdę jest nam potrzebne? Czy możemy wykorzystać to, co mamy? (odpowiedzialność prywatnych klientów, publicznych i przedstawicieli branży),
  • przejście na energię elektryczną i odejście od węgla, ale: kiedy to nastąpi? (odpowiedzialność rządów, właścicieli prywatnych i publicznych), 
  • lepsze wykorzystanie materiałów (zarówno nowych, jak i starych), z analizą, jak powinniśmy zmienić ustawodawstwo, obecną praktykę i edukację? (odpowiedzialność rządu, profesjonalistów z branży, naukowców), 
  • nowe niskoemisyjne materiały/technologie, a wiec: jak szybko możemy je mieć? Jaką ilość możemy mieć? (odpowiedzialność producentów materiałów, dostawców technologii, naukowców), 
  • efektywność strukturalna, ale: jak przekonać przemysł do użycia mniejszej ilości materiałów?  Jakie są alternatywne systemy strukturalne, aby dostarczyć tę samą usługę? (odpowiedzialność przedstawicieli sektora budownictwa, naukowców). 

Nie ma rozwiązania idealnego w celu dekarbonizacji branży budowlanej, zwłaszcza że sektor budowlany jest znacznie bardziej rozdrobniony niż inne branże. Jedynie połączone wysiłki i wkład wszystkich podmiotów z łańcucha dostaw w budownictwie oraz ścisła współpraca są niezbędne do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych w branży budowlanej, a tym samym do osiągnięcia celu klimatycznego. 

1. Peduzzi, P., Record global carbon dioxide concentrations despite COVID-19 crisis. 2020, UN Environment Programme.

2. Olivier, J.G.J. and J.A.H.W. Peters, Trends in global CO2 and total greenhouse gas emissions. 2020, PBL Netherlands Environmental Assessment Agency.

3. Is climate change making natural hazards worse? 2022; Available from: https://bit.ly/3zaEXS6.

4. GABC and IEA, 2021 Global Status Report for Buildings and Construction. 2021, Global Alliance for Building and Construction, International Energy Agency.

5. Ibn-Mohammed, T., et al., Operational vs. embodied emissions in buildings—A review of current trends. Energy and Buildings, 2013. 66: p. 232-245.

6. GABC and IEA, Global Status Report 2018 – Towards a zero-emission, efficient, and resilient buildings and construction sector, Global Alliance for Building and Construction and International Energy Agency. 2018, Global Alliance for Building and Construction, International Energy Agency.

7. GABC and IEA, Global Status Report 2017 – Towards a zero-emission, efficient, and resilient buildings and construction sector, Global Alliance for Building and Construction and International Energy Agency. 2017, Global Alliance for Building and Construction, International Energy Agency.

8. Allen, M., et al., Technical Summary: Global warming of 1.5 C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5 C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty. 2019.

9. Net-zero buildings: Where do we stand? 2021, World Business Council for Sustainable Development.

dr Michał Drewniok
Pracownik naukowy na Uniwersytecie w Leeds
Bio:

Michał jest pracownikiem naukowym w dziale Transforming Foundation Industries na Uniwersytecie w Leeds. Z wykształcenia jest inżynierem budownictwa i ukończył doktorat w zakresie technologii betonu na Politechnice Śląskiej w Gliwicach. Pracował także jako Site Engineer oraz Concrete and Production Technologist w Precast Concrete Manufacture.

W 2015 roku Michał dołączył do University of Cambridge jako Research Assistant w zakresie Material Efficiency in Construction.  Jako członek dwóch grup, The Resource Efficiency Collective prowadzonej przez Jonathana Cullena oraz The Use Less Group prowadzonej przez Juliana Allwooda, Michał był zaangażowany w dwa projekty, oba skupione na lepszym wykorzystaniu stali w budownictwie. Pierwszy badał bariery dla ponownego wykorzystania stali, a drugi przyglądał się roli efektywności materiałowej w koncepcji budynku i projektowaniu w budownictwie. W marcu 2018 roku dołączył do Structures Group na Uniwersytecie w Cambridge pracując nad projektem Minimising Energy in Construction (MEICON) prowadzonym przez dr Johna Orra, gdzie badał praktyki inżynierii strukturalnej, które prowadzą do nieefektywności konstrukcyjnych. W latach 2019-2020 Michał otrzymał £40k z EPSRC IAA na staż w RAMBOLL – Structural Engineering Practice w celu zbadania zależności pomiędzy ucieleśnionym węglem a różnymi systemami stropów żelbetowych oraz dwa projekty: ocena ucieleśnionego węgla po konstrukcji dla Civil Engineering Building w Cambridge oraz bariery dla niskoemisyjnych technologii betonowych w Wielkiej Brytanii. W 2020 roku, we współpracy z Expedition Engineering, Michał otrzymał EPSRC IAA Knowledge Transfer Fellowship na temat „Climate compatible decision making in the construction sector” (£70k). W 2021 roku Michal dołączył do University of Bath jako Research Associate w Efficient Concrete Structures w UK FIRES, aby zbadać sposoby osiągnięcia celów redukcji emisji dwutlenku węgla w brytyjskim budownictwie.

Od stycznia 2018 roku Michał jest głównym koordynatorem Resource Efficiency in Construction and the Built Environment (RECBE), forum dla naukowców, architektów, projektantów, inżynierów, wykonawców i decydentów, którzy chcieliby zbadać pomysły, w jaki sposób środowisko zbudowane może dostarczyć przyszłe usługi energetyczne i materiałowe, jednocześnie zmniejszając zużycie zasobów i wpływ na środowisko. W 2021 roku Michał dołączył do grupy Low Carbon Concrete, która w 2022 roku opracowała Low Carbon Concrete Routemap.

 

Napisany przez:

dr Michał Drewniok, Joanna Rancew

Dodaj komentarz