ANALIZA MOGUĆIH UŠTEDA EMISIJE CO2e PRIMENOM GEOSINTETIKE

Posted byMarija Bakrač

U produžetku je članak objavljen kao rad na 4. Srpskom kongresu o putevima, održanom 2. i 3. juna 2022. u Beogradu.

ANALIZA MOGUĆIH UŠTEDA EMISIJE CO2e PRIMENOM GEOSINTETIKE

Marija Bakrač

1 Geoestetika d.o.o., mbakrac@geoestetika.rs

Fabiana Leite-Gembus

2 HUESKER Synthetic GmbH

 Rezime:  Neizbežno povećanje srednje temperature na Zemlji potrebno je ograničiti na 1.5-2oC kako bi se očuvao svet i način života na njoj, približno onakav kakvim ga danas znamo. Srbija se na doprinos ovom cilju obavezala i Pariskim sporazumom. Prema raspoloživim analizama nekoliko je načina da se ovaj cilj ostvari, ali svi uključuju radikalne promene i masivne uštede u emisiji CO2e u ključnim sektorima kao što su industrija, transport, energetika i poljoprivreda. Uz sve to potrebno je i moguće do 2025. postići ukupnu uštedu od 15% smanjenjem potrošnje u svakom segmentu života i prelaskom na, gde god je moguće, zelenija rešenja. Cilj ovog rada je da pokaže red veličine mogućih ušteda u emisiji CO2e upotrebom geosintetike kao zamene konvencionalnim načinima gradnje prilikom rehabilitacija asfalta i prilikom gradnje potpornih zidova od armirane zemlje.

Ključne reči: geosintetika, CO2e, Pariski sporazum, održivost

  1. UVOD

Dobra vest je da tehnički postoji način da ograničimo povećanje temperature na Zemlji na 1.5oC. Loša vest je da to zahteva ogromne promene u svakom aspektu života, i to ne nečijeg života nego svakog od nas pojedinačno i svih nas zajedno.

1.5oC je povećanje srednje globalne temperature vazduha iznad kopna i mora u odnosu na predindustrijski nivo (1850.-1900.) izazvano samo dejstvom čoveka.

2017. smo već dostigli povećanje temperature za 1oC, a svake decenije temperatura se prema sadašnjem trendu povećava za 0.2oC.

Od 2000. porast emisije CO2 je 10x veći nego u prethodnih 800.000 godina.

IPCC – International Panel on Climate Change je definisao kumulativnu rezervu (budžet) količine CO2e koju imamo na raspolaganju do prekoračenja granice zagrevanja od 1.5oC, i ovaj budžet je 1.01.2018. iznosio 570Gt. Ako nastavimo dosadašnjim tempom očekivano je da bankrotiramo 2031.

  1. POJMOVI

Na globalno otopljavanje utiče emisija takozvanih gasova staklene bašte, a osim ugljen dioksida (CO2) koga ima najviše, veliki je i uticaj npr.metana (CO4), azot suboksida (N2O) i drugih gasova. Potencijal globalnog zagrevanja (GWP) svakog gasa je mera njegove sposobnosti da zadrži toplotu u atmosferi i utiče na životnu sredinu. I ovaj pojam definisan je od strane “International Panel on Climate Change (IPCC)” naučnog tela osnovanog od UN. Ekvivalentni ugljen dioksid CO2e predstavlja kumulativno učešće svih ovih gasova u zavisnosti od jačine njihovog uticaja odnosno GWP faktora. Npr. uticaj 1g CO4 ekvivalentan je uticaju 25g CO2, dok 1g N2O utiče kao 298g CO2 jer CO2 ima GWP=1, CO4 ima GWP=25, a N2O ima GWP=298.  Emisija CO2e računa se po principu kompletnog životnog veka proizvoda (cripple to grave), počev od dobijanja sirovine pa do odlaganja proizvoda na deponiju ili njegovog uništenja, odnosno do momenta kada emisija CO2e vezana za taj proizvod ili delatnost ne prestane.

  1. UTICAJ ARMIRANJA ASFALTA NA SMANJENJE EMISIJE CO2e

 3.1. Mehanizam delovanja i očekivani efekti

Ugradnja geomreža u cilju odlaganja pojave reflektovanih pukotina iz postojećih asfaltnih slojeva u novi sloj asfalta primenjuje se već više decenija u svetu, a (verovali ili ne) već skoro dve decenije i kod nas.

Prilikom održavanja putne mreže, standardni način podrazumeva struganje ispucalog asfalta u debljini 4-5cm, prskanje bitumenskom emulzijom i nanošenje novog sloja asfalta iste debljine. Ovaj proces potrebno je ponavljati, u proseku na 4 do 5 godina, obzirom da je očekivana propagacija pukotina 1cm godišnje.

Ukoliko se na kontaktu starog i novog sloja asfalta ugradi sloj geomreže ona će prihvatiti deo napona zatezanja, distribuirati ih na veću površinu i time smanjiti brzinu napredovanja pukotine u novi sloj asfalta. Ukoliko posmatramo geomreže od poliestera PET, njihova primena dala je odlične rezultate iz više razloga. PET ima sličan koeficijent termičkog širenja kao bitumen tako da sloj geomreže ugradjen izmedju dva asfaltna sloja ne izaziva dodatne napone na kontaktu sa njima. Kako bi prionljivost svih slojeva u ovom “sendviču” bila što bolja, a time njihovo sadejstvo homogenije, idealno je da PET geomreža ima na sebi premaz sa visokim procentom bitumena. Sasvim je razumljivo da se za bitumen ništa ne lepi  bolje od bitumena. De Bondt (De Bondt 1999.) je u svojim istraživanjima uveo pojam “krutosti spoja” ili “bond stiffnes” koju je odredjivao testovima čupanja geomreže iz kernova i za koju je dokazao da ima odlučujući uticaj na rezultate koji se ugradnjom geomreže postižu.

Najveću vrednost “krutosti veze” u njegovim istraživanjima imala je HaTelit C 40/17 geomreža.

Iskustva sa ugradnjom ove geomreže za armiranje asfalta, kao i laboratorijska ispitivanja na njom armiranim uzorcima, dokazala su da je očekivano produženje trajanja novog asfaltnog sloja 3-4 puta veće u odnosu na isti sloj bez mreže (Montestruque at al. 2004.).

Za potrebe ove analize i poredjenje emisije CO2e kod klasičnog načina rehabilitacije asfaltnih zastora i rehabilitacije uz primenu HaTelit C 40/17 geomreže usvojićemo 3 kao nižu vrednost faktora produženja veka trajanja.

 3.2.  SISTEM I VARIJANTNA REŠENJA

U cilju analize posmatraćemo, u vremenskom periodu od 12 godina, 1m2 površine asfaltnog zastora na kome se prema klasičnom načinu rehabilitacije, vrši struganje 4cm postojećeg oštećenog sloja asfalta, nanosi bitumenska emulzija 60% u količini od 350g/m2 i ugradjuje 4cm novog asfaltnog sloja.

Rehabilitacija uz primenu HaTelit C 40/17 geomreže, ili još bolje HaTelit C eco geomreže, podrazumeva isti vremenski period, takodje uklanjanje struganjem 4cm starog sloja asfalta, nanošenje 60% bitumenske emulzije u količini od 1200g/m2, polaganje geomreže, a zatim ugradnju novih 4 cm asfalta.

HaTelit C eco je prva geomreža za armiranje asfalta (i prva geomreža uopšte) proizvedena od vlakana od 100% reciklirane sirovine nastale reciklažom PET ambalaže (flaša). PET reciklirana vlakna imaju dokazano isti kvalitet kao i do sada korišćena nereciklirana PET vlakna. Upotrebom reciklirane sirovine emisija CO2e smanjuje se za dodatnih 4.3kg/kg materijala, dok se istovremeno smanjuje količina PET ambalaže za odlaganje.

 3.3. USVOJENI PARAMETRI

Prilikom obračuna emisije CO2e korišćeni su podaci iz različitih izvora, a obračunske vrednosti su uzete tako da su navedene uštede i manje nego što bi realno mogle biti. Smatramo da su za cilj ovog rada, tj.procenu i poredjenje emisije CO2e kod standardnog načina rehabilitacije asfaltnih zastora i njihove rehabilitacije uz primenu PET geomreža za odlaganje reflektovanih pukotina, usvojene vrednosti dovoljno tačne.

Za emisiju CO2e asfalta i bitumena korišćeni su podaci iz “A BSRIA GUIDE, The Inventory of Carbon and Energy (ICE)” publikovanog za Univerzitet Bath.

Podaci o emisiji CO2e za geomreže preuzeti su iz “Environmental Product Declaration Fortrac T” dok su podaci o emisijama CO2e za različite operacije poput struganja, nanošenja bitumenske emulzije ili asfaltiranja preuzeti iz vrlo detaljne studije “Life Cycle Assessment of Road, A Pilot Study for Inventory Analysis for the Swedish National Road Administration by Håkan Stripple”. Studija je razmatrala više različitih metoda, a za potrebe ovog rada podaci su preuzeti za varijantu “vruć asfalt, upotreba mehanizacije na dizel gorivo” kao najsličniju našim uslovima. Sve ulazne vrednosti date su u Tabeli 1.

Tabela 1. Ulazne vrednosti emisije CO2e

3.3. REZULTATI

Očigledno je da najveći uticaj na emisiju CO2e ima asfaltni sloj te se samo smanjenjem broja rehabilitacija u posmatranom periodu značajno smanjuju negativni uticaji na životnu sredinu. Posmatrano za period od 12 godina, ukoliko se rehabilitacija asfaltnog zastora vrši na standardni način, emisija CO2e po 1 m2 kolovozne površine je ~25 kg, dok se za isti period uz upotrebu PET geomreže ova količina smanjuje na svega ~11 kg.

U Srbiji je planirana rehabilitacija 5000 km putne mreže tokom naredne 3 godine. Od ovih 5000 km predvidjena je rehabilitacija 283 km autoputeva, 2054 km magistralnih puteva, 2350 km regionalnih i 92.5 km lokalnih puteva. Iako autori, ovu informaciju iz medija nisu uspeli da pronadju na sajtu ministarstva, za slikovitiji prikaz mogućeg značaja uštede ona će sasvim dobro poslužiti. Ovo daje, u proseku, na godišnjem nivou, 11.870.000 m2 asfaltnih zastora pod rehabilitacijama. Kada navedenu uštedu CO2e od ~14 kg/m2 sagledamo u odnosu na godišnju površinu predvidjenu za rehabilitaciju, uz pretpostavku na strani sigurnosti, da se neće raditi struganje dublje od 4cm, dolazimo do cifre od min 166.200 tona godišnje. Ovoliku godišnju uštedu mogli bi da napravimo samo ako bi svaki od ~2.000.000 registrovanih putničkih automobila u zemlji prelazio 670km manje.

Tabela 2. Emisija CO2e po varijantama

 

Pozitivni uticaji veće upotrebe geomreža za armiranje asfalta ne završavaju se na smanjenju emisije CO2e. Ekonomske uštede bi bile takodje velike jer bi se u 12-ogodišnjem periodu utrošila samo 4 umesto 12 cm asfalta, uz eliminisanje svih aktivnosti potrebnih za cele dve rehabilitacije. Svakako ne treba zaboraviti ni istovremeno eliminisanje zastoja u saobraćaju.

  1. POTPORNE KONSTRUKCIJE OD AZ I SMANJENJE EMISIJE CO2e

Prilikom gradnje puteva relativno se često javlja potreba za gradnjom armirano betonskih potpornih zidova različite visine. U cilju analize mogućeg smanjenja negativnih dejstava na životnu sredinu i doprinosa održivosti gradnjom uz upotrebu geosintetike, Švajcarski federalni tehnološki institut (Swiss Federal Institute of Technology) i ESU Services Ltd. uradili su više studija za račun Evropskog udruženja proizvodjača geosintetike EAGM.

Jedna od ovih studija bavila se poredjenjem uticaja na životnu sredinu AB potpornog zida visine 3m i potpornog zida od armirane zemlje iste visine. Na slici 1 prikazani su poprečni preseci obe varijante. 

Slika 1 – Poprečni preseci (Izvor: EAGM, LCA Study 4)

Armiranobetonski potporni zid radjen je od betona MB 30, dok je potporni zid od armirane zemlje armiran geomrežama Td=14kN/m, sa licem od prskanog betona. Trajnost obe konstrukcije je 100 god. što je u skladu sa zahtevima nemačkog pravilnika za projektovanje konstrukcija od armirane zemje (EBGEO 2010).

Najveći deo negativnih uticaja na životnu sredinu, uključujući i emisiju CO2e u slučaju potpornog zida od armiranog betona dolazi od samog betona, armature i transporta. Uticaj betona na emisiju gasova staklene bašte potiče iz procesa proizvodnje klinkera kada dolazi do oslobadjanja CO2. Kada govorimo o betonskom gvoždju za analizu je usvojeno da je učešće recikliranog čelika bilo 13%, a glavnina emisije gasova staklene bašte potiče iz procesa proizvodnje sirovog gvoždja. Ukupna emisija CO2e po 1m dužine potpornog zida od armiranog betona visine 3m je 1.3 tone.

Kada razmatramo emisije CO2e potpornog zida od armirane zemlje sa licem od prskanog betona najveći negativan uticaj imaju beton, geomreže i njihov transport.  Negativan uticaj geomreža dolazi od njihove relativno velike količine ali i iz procesa emisije prilikom njihove insineracije na kraju životnog veka konstrukcije. Ostatak materijala potrebnih za gradnju ovakvih potpornih konstrukcija uglavnom je prirodno raspoloživ na lokaciji. Ukupna emisija CO2e po 1m dužine potpornog zida od armirane zemlje visine 3m je 0.2 tone.

Slika 2 – Poredjenje uticaja (Izvor: EAGM, LCA Study 4)

Potporni zid od armirane zemlje visine 3m u poredjenju sa AB potpornim zidom iste visine, daje uštedu od 85% emisije CO2e i zahteva 75% manju potrošnju energije iz neobnovljivih izvora . Gradnjom samo 3m dužna ovakvog zida štedi se 30.000 MJ energije što predstavlja godišnju potrošnju jednog prosečnog domaćinstva, a ukoliko bi umesto prskanog betona obrada lica bila ozelenjavanje uštede bi bile još značajnije. Ograničavajući faktor za izbor obrade lica ovakvog potpornog zida najčešće je raspoloživi prostor jer je maksimalan nagib koji podržava uspostavljanje vegetacije 70 stepeni.

  1. ZAKLJUČAK

Jedan od preduslova za ograničenje globalnog otopljavanja na 1.5oC je, uz ostale neophodne drastične mere, i 15% uštede emisije gasova staklene bašte promenom načina ponašanja svakog pojedinačno, uključujući smanjenje potrošnje, promenu načina ishrane, primenu zelenijh načina gradnje tj. upotrebu kvalitetnijih izolacionih materijala kao i alternativnih materijala i rešenja, povećanje % reciklaže…

(Izvor: Mc Kinsey). Kao potpisnici Pariskog sporazuma imamo obavezu da ovome doprinesemo u okviru naših mogućnosti, a pametnim izborom projektnih rešenja i održivijih načina gradnje to svakako možemo uraditi uz istovremene velike ekonomske uštede.

Dva su načina da se ovo desi. Jedan, koji autori žele da shvate kao nesumjiv, je lični inženjerski izbor održivijeg rešenja od strane gotovo svakog projektanta ili izvodjača. Drugi je nametanje ili makar ekonomsko favorizovanje održivijih rešenja kroz odgovarajuće propise koje bi trebalo doneti. Ovo govorimo potpuno svesni činjenice da bi uporedo sa većom primenom geosintetike u gradjevinarstvu morala da ide veća pokrivenost ove teme u programima nekih fakulteta ili možda, za početak, u organizaciji ili uz podršku nadležnih institucija kao što su Ministarstvo gradjevinarstva i Ministarstvo zaštite životne sredine.

Literatura

  • Life Cycle Assessment of Road, A Pilot Study for Inventory Analysis for the Swedish National Road Administration; Håkan Stripple
  • Anti-Reflective Cracking Design of (Reinforced) Asphaltic Overlays, Ph.D.-thesis, Delft, Netherlands; De Bondt, A.H., (1999)
  • The Inventory of Carbon and Energy (ICE); Prof. Geoffrey Hammond and Craig Jones Ed. Fiona Lowrie and Peter Tse
  • Climate math: What a 1.5-degree pathway would take; Kimberly Henderson, Matt Rogers, Bram Smeets, and Christer Tryggestad, McKinsey Quarterly
  • Comparative Life Cycle Assesment of geosynthetics versus conventional construction materials, A Study on behalf of the E.A.G.M., Case 4, Soil Retaining Wall; I.Fraser, A.Elsing, M. Stucki, S. Büsser, R. Itten, R. Frischknecht and H.Wallbaum
  • Montestruque G.E., Rodrigues R.M., Nods M., Elsing A., (2004), Stop of reflective crack propagation with the use of PET geogrid as asphalt overlay reinforcement, Proceedings of the Fifth International RILEM Conference, Limoges, France.