Raport „Nature”. Gospodarka o obiegu zamkniętym: Zieleńsze domy
Nasze budynki nie są neutralne dla środowiska. Branża konstrukcyjno-budowlana jest największym w skali globu konsumentem surowców, a jej udział w emisji dwutlenku węgla oszacowano na 25–40% (F. Pomponi & A. J. Moncaster, „Clean. Prod.” 143, 710–718; 2017). Dlatego włączenie budownictwa do gospodarki o obiegu zamkniętym i zminimalizowanie w ten sposób marnotrawstwa materiałów przyniosłoby olbrzymie korzyści środowisku. „Budynki mogą, i muszą, stać się częścią zamkniętego obiegu” – mówi Francesco Pomponi z Edinburgh Napier University w Wielkiej Brytanii, który analizuje wyzwania stojące przed budownictwem. „Bez tego nie wyjdziemy z kryzysu klimatycznego” – dodaje.
Weźmy dla przykładu beton, który jest mieszanką kruszywa, cementu i wody. To obecnie najpowszechniej na świecie stosowany materiał budowlany, którego produkcji towarzyszy jednak powstanie wielkiej ilości lotnych związków węgla – stanowią one aż 8% światowej emisji gazów cieplarnianych. Głównie odpowiada za to cement, którego produkuje się 4 mld ton rocznie w skali globu. Potrzebna do tego jest skała wapienna (zbudowana głównie z węglanu wapnia), którą praży się, by uzyskać wapno palone (tlenek wapnia). Produktem ubocznym tej reakcji jest dwutlenek węgla. Poza tym emisja gazów cieplarnianych towarzyszy spalaniu paliw kopalnych potrzebnych do podgrzania skały.
Budynki jako pozytywna siła sprawcza
W wielu miejscach na świecie zaczyna się wdrażać w budownictwie system o obiegu zamkniętym, aby stosować materiały, które można ponownie wykorzystać. Cel jeszcze ambitniejszy to stworzenie budynków, których wpływ na klimat i różnorodność biologiczną byłby pozytywny, a nie negatywny.
Aby ten wielki postęp w ograniczaniu emisji mógł nastąpić, potrzeba mnóstw pracy. Innowacyjne badania dotyczące betonu mogłyby uczynić z niego materiał o wiele bardziej zrównoważony środowiskowo. Na przykład dodanie do mieszaniny grafenu pozwala znacznie zmniejszyć ślad środowiskowy betonu, ponieważ dzięki temu, że zyska on na trwałości i wytrzymałości, można będzie ograniczyć jego ilość. Taki prototypowy materiał stworzyła firma Nationwide Engineering z Amesbury w Wielkiej Brytanii współpracująca z naukowcami z University of Manchester. Testy potwierdziły, że wzmocnienie betonu grafenem może przynieść wielkie korzyści. Pierwszym budynkiem, w którym nowy materiał – jego nazwa handlowa brzmi Concretene – zastosowano do wykonania posadzki, jest oddana do użytku w maju 2021 roku sala gimnastyczna w angielskim mieście Amesbury.
Taki beton może nawet stać się absorberem węgla. Kanadyjska firma CarbonCure mająca siedzibę w Halifax opracowała metodę dodawania do betonu wychwyconego wcześniej dwutlenku węgla. Gaz reaguje z wapniem znajdującym się w mieszance, tworząc węglan wapnia – minerał, który, jak twierdzi firma, wzmacnia dodatkowo beton i równocześnie więzi część węgla.
Beton już teraz jest powtórnie wykorzystywany – rozdrabnia się go, uzyskując przetworzony agregat betonowy, z którego można powtórnie wykonać taki sam materiał. Jednakże obecnie jest on stosowany w mało zaawansowanych technicznie rozwiązaniach, takich jak łatanie dziur w drogach. Taka redukcja jakości i wartości betonu nie za bardzo mieści się w idei gospodarki o obiegu zamkniętym.
CarbonCure prowadzi badania nad nowym typem pokruszonego betonu, który można byłoby zastosować w budownictwie. Sean Monkman, który w firmie kieruje działem rozwoju nowych technologii, mówi, że tę samą metodę wprowadzania CO2 do mieszanki w celu jego zmineralizowania można zastosować zarówno dla nowego betonu, jak i wtórnie przetworzonego. Kolejna firma Blue Planet Systems z Los Gatos w Kalifornii wytworzyła pokruszony konglomerat betonowy z odzyskanego materiału, a następnie dodała do niego CO2.
Na terenie kampusu Georgia Institute of Technology w Atlancie znajduje się edukacyjny budynek Kendeda Building for Innovative Sustainable Design, do którego wzniesienia wykorzystano beton magazynujący CO2. To jeden z wielu innowacyjnych pomysłów zrealizowanych w tym budynku, który wziął udział w programie Living Building Challenge (LBC) mającym na celu promowanie zrównoważonych środowiskowo rozwiązań w projektach budowlanych. Wszystkie domy zrealizowane w ramach LBC musiały spełnić rozmaite restrykcyjne kryteria – od oszczędnego zarządzania wodą po zastosowanie tylko takich materiałów, które można będzie wtórnie wykorzystać. „Budynki muszą same sobie produkować energię i wodę oraz oddawać naturze więcej, niż od niej biorą” – wyjaśnia Shan Arora, dyrektor Kendeda Building. Certyfikaty LBC wręczono do tej pory 83 budynkom na świecie, a kolejne 241 projektów ustawiło się w kolejce po taki certyfikat.
Aby spełnić wszystkie kryteria programu, twórcy Kendeda Building odzyskiwali przy pomocy lokalnej siły roboczej materiały, które trafiłyby na wysypiska śmieci, a następnie wykorzystywali je powtórnie. „Podczas budowy znacznie więcej materiałów konstrukcyjnych przywieźliśmy z wysypisk śmieci, niż na nie wywieźliśmy” – podkreśla Arora.
Program LBC jest niezwykle ambitny. „To święty Graal w sztuce projektowania budynków przynoszących korzyści środowisku naturalnemu” – mówi Nick Jeffries, ekspert od innowacji w branży budowlanej w Ellen MacArthur Foundation, organizacji pozarządowej wspierającej i promującej gospodarkę o obiegu zamkniętym.
Są też mniej ambitne, ale wciąż wartościowe pomysły, na przykład holistyczne podejście do budynku. W szybko ocieplającym się świecie nawet właściwe zaprojektowanie okien może mieć duże znaczenie. W 2010 roku radykalny remont przeszedł sławny Empire State Building w Nowym Jorku. Zmiany objęły także jego 6514 okien. Zamiast jednak wyrzucać podwójne szyby, przestrzeń pomiędzy nimi wypełniono gazem izolującym – mieszaniną argonu i kryptonu. Dodatkowo każdą szybę pokryto powłoką filtrującą światło słoneczne. Takie powłoki, opracowane w latach 70. przez naukowców z Lincoln Laboratory na Massachusetts Institute of Technology (J. C. C. Fan i in., „Appl. Phys Lett.”, 25, 693; 1974) i oferowane dziś przez Eastman Chemical Company z siedzibą w Kingsport w stanie Tennessee, wykorzystują nanocząsteczki metalu do odbijania światła słonecznego. Dzięki zmodernizowanym oknom Empire State Building zmniejszył zużycie energii o 40%.
Rozbrojenie problemu
W gospodarce o zamkniętym obiegu, jak podkreśla Jeffries, „budynki powinno się składać jak klocki Lego, aby w razie potrzeby można je było rozłożyć na podstawowe strukturalne elementy nadające się do wielokrotnego wykorzystania”.
Pomponi zgadza się, że kluczem jest odpowiedni projekt, dzięki któremu za pomocą już istniejących technik można stworzyć budynek cechujący się taką elastycznością. Na przykład przy wznoszeniu stalowego szkieletu budynku zamiast spawania można wykorzystać śruby. „Łatwiej wtedy taką konstrukcję rozebrać, a odzyskane elementy konstrukcyjne wykorzystać ponownie” – mówi Pomponi.
„Zdarza się, że materiał do budowy ma niski ślad środowiskowy, ale stworzony z niego budynek nie spełnia już kryteriów obiegu zamkniętego” – mówi Caroline Henrotay, była koordynatorka innowacyjnego projektu Buildings as Materials Banks (BAMB) sfinansowanego przez Unię Europejską w ramach programu Horizon 2020. Jeśli na przykład poszczególne materiały zostały sklejone ze sobą, wówczas – jak wyjaśnia Henrotay – „znacznie trudniej będzie odzyskać czyste elementy o wysokiej jakości, które po długim okresie używania nadawałyby się do recyklingu”
Nacisk na zrównoważoną środowiskowo konstrukcję ujawnia się w koncepcji domu Wikihouse, która narodziła się w Wielkiej Brytanii przy wsparciu BAMB. Jest to dostępny dla każdego projekt domu wykonanego ze sklejki brzozowej pozyskanej lokalnie. Całość powstaje w wyniku dopasowania do siebie kawałków. Tę układankę można łatwo rozebrać i przewieźć w nowe miejsce. Ideę zrealizowano w wielu miejscach na świecie, budując w ten sposób biblioteki, a także domy mieszkalne w Almere w Holandii. „Ten rodzaj recyklingu budowlanego ma bardzo stare korzenie – zauważa Jeffries. – Przykładem jest teatr Marcellusa w Rzymie, który wciąż istnieje po 2000 lat. W tym czasie służył za prawdziwy magazyn materiału dla przyszłych budowli.”
Współczesnym narzędziem umożliwiającym śledzenie losów poszczególnych elementów budynku, jest „paszport materiałowy”. Dokument zawiera szczegółowe informacje na temat zastosowanych materiałów, w tym ich pochodzenia oraz bezpiecznego użytkowania. Gdy czas życia budynku dobiegnie końca, taki bank danych o jego komponentach może się przydać przy ich ponownym wykorzystaniu. Znając specyfikację produktów, można z wyprzedzeniem zaprojektować kolejną budowlę, która z nich powstanie. Paszport, mówi Jeffries, „potwierdza, że dany materiał znajduje się w konkretnej konstrukcji oraz identyfikuje jego najbardziej prawdopodobne przyszłe zastosowania”. Podaje on przykład budynku z takim paszportem, który już został rozebrany w celu ponownego wykorzystania: Temporary Courthouse Amsterdam na początku 2022 roku został przeniesiony do parku biznesowego w pobliżu miasta Enschede i przeobrażony w budynek biurowy.
Skoordynowany monitoring materiałów
Szybko rośnie liczba start-upów oferujących usługę paszportu materiałowego, ale w przyszłości może to doprowadzić do sporego zamieszania. Wizja LBC jest znacznie szersza niż wydawanie paszportów materiałowych, podkreśla Arora. W ramach programu stworzono na przykład listę materiałów niebezpiecznych, takich jak azbest, formaldehyd czy polimery zawierające związki chloru. Żaden materiał z takiej listy nie może się znaleźć w budynku certyfikowanym przez LBC. Biorąc pod uwagę liczbę realizowanych projektów, pomysłów i konkretnych definicji gospodarki o zamkniętym obiegu, jej wprowadzenie w budownictwie w skali globu może potrwać bardzo długo. „Wciąż się zastanawiam, kto ostatecznie poprowadzi nas w stronę gospodarki o zamkniętym obiegu” – mówi Pomponi.
Masowe przejście na gospodarkę korzystną dla środowiska wymaga pojawienia się liderów politycznych i decydentów, którzy będą myśleli również o realiach gospodarczych. „Wszystkie ręce na pokład. Potrzebne są Microsoft, Google, Apple i inni” – mówi Jeffries. Organizacja Ellen MacArthur Foundation stworzyła sieć, w której działa dziś ponad 200 firm. Jeffries chciałby jednak wyjść poza krótkookresowe cele. „Powinniśmy zrobić coś więcej, niż tylko ograniczać szkody, i przejść od redukowania zużycia materiałów, emisji, ilości odpadów do projektowania budynków oczyszczających powietrze i zwiększających poziom bioróżnorodności”. Szybki postęp w projektowaniu i wznoszeniu budynków ma zasadnicze znaczenie dla przyszłości zrównoważonej gospodarki globalnej. Finalnie nasze domy powinny spełniać więcej funkcji, niż tylko dawać nam dach nad głową.