Quins són els impactes ambientals de la construcció d’estructures d’acer per a ponts

Carboni incorporat i intensitat energètica en la producció d’acer per a ponts

Petjada de carboni de l’acer estructural, cables de suport i aliatges d’alta resistència

L'acer és, per dir-ho així, l'esquena dorsal de la construcció de ponts, tot i que la quantitat de contaminació generada per diferents materials pot variar força. L'acer estructural convencional produeix uns 1,8 a 2,3 tones mètriques de CO₂ per cada tona fabricada, cosa que equivaldria, segons una recerca de Global Efficiency Intelligence de l’any passat, a conduir uns 5.000 milles en un cotxe convencional. Els cables de suport emprats en molts ponts són una altra història completament diferent. Fabricats amb aliatges especials d’alta resistència, necessiten processos intensius de tractament tèrmic que, de fet, augmenten la seva petjada de carboni entre un 40 % i un 60 % comparats amb les bigues d’acer normals. Tot i que aquests materials avançats permeten als enginyers construir obres de major llum, comporten un cost addicional, ja que els fabricants han de mantenir controls de qualitat molt estrictes durant la producció i seguir passos suplementaris, tot el qual incrementa l’impacte ambiental global. Per tant, el tipus d’acer escollit per a un projecte concret marca, des del principi, el grau de sostenibilitat de tota l’estructura, molt abans que comenci cap obra real al lloc.

Paper del forn d’alçada respecte al forn d’arc elèctric en les emissions d’acer per a ponts

La majoria de l'acer primari encara es produeix en altforns, però aquestes operacions tradicionals generen aproximadament un 70 % més d'emissions en comparació amb els forns d'arc elèctric. Els altforns funcionen cremant carbó en fornades de coque a temperatures superiors als 1.200 °C, cosa que produeix uns 2,2 tones de diòxid de carboni per cada tona d'acer brut obtingut. Els forns d'arc elèctric adopten una aproximació completament diferent: fonen ferralla reciclada mitjançant electricitat. Quan aquests sistemes s’alimenten amb energia renovable, les emissions es redueixen entre la meitat i les tres quartes parts. Els constructors de ponts sovint prefereixen l’acer d’altforn per a components estructurals crítics a causa dels requisits de puresa, però les tècniques més noves basades en forns d’arc elèctric combinades amb ferro reduït directament ja comencen a complir les mateixes especificacions ASTM A709, tot reduint alhora les emissions. Actualment estem assistint a una transició industrial en què els fabricants poden reduir la seva empremta ambiental sense sacrificar els requisits de qualitat ni de resistència.

Impactes de la construcció in situ: equipament, logística i pertorbació del medi fluvial

Grueses, barcasses i cofres d’obra alimentats amb dièsel: consum de combustible i efectes sobre l’hàbitat aquàtic

Durant els projectes de construcció de ponts, maquinària pesada com ara grues de cadenes i pilotadores consumeix una gran quantitat de gasoil. Segons dades de l’EPA del 2023, algunes grues arriben a consumir entre 50 i 75 galons cada dia, el que significa que alliberen quantitats significatives de diòxid de carboni i òxids de nitrogen a l’atmosfera. Segons les xifres del Cos d’Enginyers de l’Exèrcit dels Estats Units, les emissions mensuals d’òxids de nitrogen derivades de projectes de construcció fluvial oscil·len entre 15 i 30 tones. A més, hi ha tots els impactes ambientals que van més enllà de la simple contaminació de l’aire. Quan les barcasses es desplacen i es muntuen cofradams, aquestes activitats generen problemes per als ecosistemes aquàtics. El sediments es remouen, dificultant que les plantes submergides rebin llum solar; el soroll de la construcció interromp la reproducció dels peixos, i l’erosió de les ribes dels rius canvia els hàbitats on viuen petites criatures. Una recerca realitzada el 2022 sobre obres de pont al riu Ohio va revelar que les comunitats d’organismes bentònics van disminuir temporalment un 12 % aproximadament en les zones on la construcció estava en plena activitat.

Emissions de transport per a components prefabricats de ponts i accés al lloc

El transport d'aquelles grans bigues d'acer prefabricades representa aproximadament el 60 % de totes les emissions de l'àmbit 3 en projectes de construcció, segons l'FHWA. Hi ha diversos factors que afecten realment aquestes xifres. En primer lloc, hi ha la distància implicada. Quan es mou una biga de 100 tones a través de 200 milles, només aquesta operació genera aproximadament 1,8 tones d'emissions de CO₂. A continuació, hi ha l'antiguitat de la flota. Els camions més antics emeten aproximadament un 35 % més de matèria particulada en comparació amb els models més nous Euro VI. I no cal oblidar el que passa al mateix lloc de treball. Els camions batedors de formigó que romanen inactius representen, de fet, el 20 % de totes les emissions mòbils directament al lloc. Segons una recerca del NCHRP de 2023, buscar maneres d'optimitzar com es traslladen els materials des del punt A fins al punt B pot reduir les emissions fins a un 18 %. Canviar al transport ferroviari en lloc del transport per carretera resulta especialment beneficiós quan les distàncies de càrrega superen les 80 milles, reduint el consum de combustible gairebé dos terços.

Comparació de l'avaluació del cicle de vida: ponts d'acer respecte a alternatives

Fases de l'ACV aplicades a la infraestructura de ponts: extrecció de materials fins al final de la seva vida útil

Les avaluacions del cicle de vida (ACV) o les anàlisis del cicle de vida (ACV) mesuren, fonamentalment, quin és l’impacte ambiental de diferents tipus de ponts en cadascuna de les etapes de la seva existència. Penseu-hi d’aquesta manera: comencem amb l’extracció de matèries primeres, com el mineral de ferro i els agregats obtinguts de pedreres, continuem amb els processos de fabricació, el transport de tots aquests materials, la construcció efectiva del pont, el seu ús durant dècades i, finalment, la seva desmantellament quan ja no és funcional. No obstant això, els ponts d’acer tenen una avantatge important: quan arriben al final de la seva vida útil, la majoria de l’acer es recicla. L’Associació Mundial de l’Acer indica que aproximadament el 90 % d’aquest acer acaba sent reutilitzat d’alguna manera. I no oblidem tampoc el manteniment: els ponts d’acer solen superar àmpliament la seva vida útil prevista de 100 anys amb gairebé cap necessitat de manteniment, comparats amb altres opcions disponibles.

Ponts d'acer respecte a ponts de formigó i fusta massiva: compensacions entre CO2, energia i durabilitat

Segons una investigació de Niu i Fink del 2019, els ponts d’acer tendeixen a tenir un 15-20 % menys de carboni incorporat per metre d’obertura comparats amb els seus homòlegs de formigó armat. En el cas dels ponts de fusta massiva, la reducció és encara més impressionant, ja que les emissions de diòxid de carboni poden disminuir fins a un 30 %, atès que els arbres absorbeixen naturalment CO₂ durant el seu creixement. No obstant això, hi ha un inconvenient amb les estructures de fusta, ja que necessiten tractaments químics per garantir-ne la durada i, en general, requereixen reparacions o substitucions amb més freqüència que altres materials, fet que, de fet, augmenta el seu impacte ambiental al llarg del temps. L’acer es distingeix per la seva resistència a la corrosió i la seva capacitat per suportar millor les inundacions, de manera que aquests ponts no cal reconstruir-los tan sovint. A més, l’acer té una excel·lent relació resistència-pes que permet als enginyers construir obertures més llargues sense perturbar tant els hàbitats fluvials durant la construcció. Els estudis que analitzen el cicle de vida complet mostren que els ponts d’acer fabricats amb una elevada proporció de contingut reciclable són els que consumeixen menys energia al llarg de 100 anys, si es tenen en compte totes les tasques de manteniment, la seva vida útil i el que succeeix amb ells al final de la seva vida útil.

Estratègies de mitigació sostenibles per a projectes de ponts de baix impacte

Optimització del disseny, fabricació modular i reducció de residus en la construcció de ponts

Quan es tracta del disseny de ponts, l’optimització topològica pot reduir efectivament l’ús d’acer entre un 15 i un 25 per cent aproximadament, tot mantenint la integritat estructural. Això implica una reducció global de carboni incorporat al projecte. A més, la construcció modular es duu a terme fora de l’emplaçament. Les fàbriques ofereixen un control molt millor que el treball en exteriors, de manera que els fabricants apliquen mètodes lean que redueixen directament les emissions allà on es produeixen i acceleren considerablement el procés. Els elements prefabricats són, a més, realment impressionants. Segons els grans projectes d’infraestructures recents que han aparegut a diverses regions el 2024, generen menys del cinc per cent de residus en materials d’acer. Això implica, evidentment, menys desplaçaments al lloc de treball i menys hores de funcionament de maquinària alimentada amb dièsel.

Circularitat: reutilització, reciclatge i adquisició d'acer de baixes emissions de carboni per a ponts futurs

Quan l'acer estructural es recupera, conserva aproximadament el 95 % de la seva resistència original després de ser recondicionat. Això significa que els enginyers poden treure directament aquelles grans bigues dels antics ponts que ja no són necessaris i tornar-les a posar en servei en altres llocs. Les xifres milloren encara més quan es considera com es fabrica l'acer: els forns d'arc elèctric que treballen amb ferralla produeixen aproximadament un 70 % menys de diòxid de carboni en comparació amb els tradicionals alts forns. Actualment, les normes sectorials exigeixen com a mínim un 50 % de materials reciclats en l'acer utilitzat per a la construcció de nous ponts, una exigència recolzada per projectes experimentals en què es prova el ferro reduït amb hidrogen. I hi ha un altre aspecte a tenir en compte: amb sistemes adequats de seguiment durant tot el seu cicle de vida, la majoria de ponts acaben sent un 98 % reciclables quan arriben al final de la seva vida útil. Això converteix allò que abans eren simplement elements d'infraestructura inactius en alguna cosa molt més valuosa al llarg del temps: essencialment, es creen immensos dipòsits de materials de construcció preparats per ser reutilitzats quan sigui necessari.