אילו השפעות סביבתיות יש לבניית מבנה פלדה לגשרים

פחמן מוטבע ועוצמת האנרגיה בייצור פלדה לגשרים

הpisga הפחמנית של פלדה מבנית, כבלים נושאים וספיגות עמידות גבוהות

פלדה היא במערכת הבנייה של גשרים, אם כי כמות הזיהום הנובעת מחומרים שונים יכולה להשתנות במידה רבה. פלדה מבנית רגילה מייצרת כ-1.8 עד 2.3 טון מטריות של CO₂ על כל טון המיוצר, מה ששקול לנהיגה של כ-5,000 מייל ברכב רגיל, לפי מחקר של Global Efficiency Intelligence מעבר לשנה האחרונה. הכבלים המוחזקים המשמשים בגשרים רבים הם סיפור אחר לגמרי. הם עשויים מחלקות מתכת מיוחדות בעלות חוזק גבוה, ודורשים תהליכי טיפול חום אינטנסיביים שמעלים את הרגל הפחמנית שלהם ב-40% עד 60% בהשוואה לקורות פלדה רגילות. למרות שחומרים מתקדמים אלו מאפשרים למפתחים לבנות פרוסות ארוכות יותר, יש לכך מחיר: יצרנים חייבים לשמור על בקרת איכות מחמירה במהלך הייצור ולעבור צעדים נוספים, הכול תורם להשפעה הסביבתית הכוללת. לכן, סוג הפלדה שנבחר לפרויקט מסוים קובע מראש את רמת הירוקיות של המבנה כולו, עוד לפני שהבנייה עצמה מתחילה באתר.

התפקיד של כור הפליטה לעומת כור קשת חשמלי בהפרשות פלדה למסילות

רוב הפלדה הראשונית עדיין מיוצרת במגבות, אך פעולות ישנות אלו פולטות כ-70% יותר פליטות בהשוואה למגבות קשת חשמלית. מגבות פועלות על ידי שריפת פחם בכבשנים לייצור קוקס בטמפרטורות שמעל 1,200 מעלות צלזיוס, מה שמייצר כ-2.2 טון דו-תחמוצת הפחמן לכל טון פלדה גולמית המיוצרת. מגבות קשת חשמלית נוקטות בגישה שונה לחלוטין: הן נמסות פסולת מתכת מחזורית באמצעות חשמל. כאשר מערכות אלו מופעלות על ידי אנרגיה מתחדשת, הן מקטינות את הפליטות בין חצי לשלושה רבעים. בוני גשרים לרוב ממשיכים להשתמש בפלדה ממגבה לצורך רכיבי מבנה קריטיים בשל דרישות הטהרה, אך טכניקות חדשות של מגבות קשת חשמלית בשילוב עם ברזל מוחזר ישירות מתחילות לעמוד באותם תקנים של ASTM A709 תוך ייצור פליטות נמוכות יותר. אנו עדים למעבר התעשייתי המתרחש כרגע, שבו יצרנים יכולים לצמצם את ה FOOTPRINT הסביבתי שלהם ללא ויתור על דרישות האיכות או החוזק.

השפעות בנייה באתר: ציוד, לוגיסטיקה והפרעה לאזור נהרוני

מגבות, ספינות מטענים ומחסומים יבשתיים המונעים בדיזל: צריכה של דלק והשפעות על סביבת המחיה האקואטית

במהלך פרויקטים לבניית גשרים, ציוד כבד כגון מניפלי רצפת ומכונות לקובע עמודים צורך כמויות גדולות של דיזל. חלק מהמניפלים צורך בין 50 ל-75 גלונים מדי יום, לפי נתוני הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) משנת 2023, כלומר הם פולטים כמויות משמעותיות של דו-תחמוצת הפחמן ותחמוצות החנקן לאטמוספירה. כאשר בוחנים נתונים מהגיס של חיל ההנדסה של הצבא האמריקאי (U.S. Army Corps of Engineers), אנו רואים שפליטות החנקן החודשיות מפרויקטים לבניית מבנים לאורך נהרות נעו בין 15 ל-30 טון. בנוסף לכך, ישנה השפעה סביבתית רחבה יותר מעבר לזיהום האוויר בלבד. כאשר סירות נעות סביב והתקנות של מחסומים זמניים (cofferdams) מתבצעות, פעילויות אלו יוצרות בעיות לאקוסיסטמות המים. סדימנט מתערבב, מה שמקשה על הצמחים שמתחת לפני המים לקבל אור שמש; הרעש הנגרם מבנייה מפריע לעתידת הדגה; וסחיפה לאורך גדות הנהר משנה את מקומות המגורים של יצורים קטנים. מחקר שנערך על עבודות בניית גשרים לאורך נהר האוהיו בשנת 2022 מצא שקהילות של אורגניזמים שחיים בקרקעית ירדوا ב-12 אחוז באופן זמני באזורים שבהם התבצעה בנייה פעילה.

הפלטות תחבורה עבור רכיבי גשר מוקדמים וכניסה לאתר

הובלת הגירדרים הפלדה המוקדמים הגדולים מהווה כ-60% מכלל פליטות התחום השלישי (Scope 3) בפרויקטים בנייה, לפי הסוכנות הפדרלית לכבישים המהירים (FHWA). קיימים מספר גורמים המשפיעים משמעותית על סטטיסטיקות אלו. ראשית, המרחק הנדרש להובלה: בהובלת גירדר ששוקל 100 טון למרחק של 200 מייל, נוצרים כ-1.8 טונות של פליטות CO2 בלבד. שנית, גילן של המשאיות: משאיות ישנות פולטות כ-35% יותר חומר חלקתי בהשוואה למודלים חדשים מסוג Euro VI. ולבסוף, לא ניתן להתעלם ממה שמתרחש באתר הבנייה עצמו: משאיות ערבוב הבטון שעומדות ללא פעילות יוצרות 20% מכלל הפליטות הניידות באתר עצמו. מחקרים שנערכו על ידי המועצה הלאומית לחקר תחבורה מסילתית (NCHRP) בשנת 2023 מראים כי שיפור אופטימלי של הדרך שבה החומרים מועברים מנקודה A לנקודה B יכול לצמצם את הפליטות עד כדי 18%. המעבר להובלה רכבתית במקום להובלה בכבישים הופך ליתרון מיוחד כאשר המרחקים להובלה עולים על 80 מייל, ומביא לצמצום בצריכת הדלק כמעט בשני שלישים.

השוואה בין הערכות מחזור חיים: גשרי פלדה לעומת חלופות אחרות

שלבי הערכת מחזור חיים המוחלים על תשתית גשרים: הפקת חומרים עד סוף החיים

ערכות מחזור חיים (LCA) או הערכות LCA מודדות, ביסודן, עד כמה גשרים שונים מזיקים לסביבה בכל שלב של קיומם. אפשר לחשוב על כך בדרך הבאה: אנו מתחילים בחפירה של חומרי גלם כגון אבן ברזל ובחשיפת אגרגטים, ממשיכים לתהליכי ייצור, למשל שינוע החומרים לכל רחבי העולם, בניית הגשר עצמו, פעולת הגשר לאורך עשורים רבים, ולבסוף הסרתו כאשר הוא כבר לא תקין. לגשרי פלדה יש יתרון מסוים: כאשר הם מגיעים לסוף חייהם, רוב הפלדה מוחזרת למחזור. איגוד הפלדה העולמי מציין כי כ-90% מהפלדה מוחזרת לשימוש באופן כלשהו. ואל נ забывать גם את תחזוקת הגשרים: גשרי פלדה נוטים לשרוד בהצלחה רבה מעבר לתקופת חיים צפויה של 100 שנה, עם דרישות תחזוקה מזעריות בהשוואה לחלופות האחרות הקיימות.

גשרים מפלדה לעומת בטון ועצי מסה: פשרות בין פליטת CO2, צריכה של אנרגיה ועמידות

לפי מחקר של ניו ופינק משנת 2019, גשרי פלדה נוטים להכיל כ־15–20 אחוז פחות פחמן מוטבע בהשוואה לגשרי בטון מזוין, לכל מטר של פיזור הגשר. במקרה של גשרי עץ מסיבי, הפחתה היא אפילו מרשים יותר, עם ירידה בהפרשות דו-תחמוצת הפחמן עד ל־30%, מאחר שעצים סופגים באופן טבעי את דו-תחמוצת הפחמן במהלך צמיחתם. עם זאת, קיים חסרון בגשרי עץ, שכן הם זקוקים לטיפולים כימיים כדי להאריך את תקופת חייהם, ודורשים בדרך כלל תיקונים או החלפות בתדירות גבוהה יותר מאשר חומרים אחרים, מה שמגביר את השפעתם הסביבתית לאורך זמן. הפלדה מתבלטת בזכות התנגדותה לקורוזיה וביכולתה לסבול הצפות טוב יותר, ולכן גשרים אלו אינם זקוקים לבנייה מחדש בתדירות גבוהה. בנוסף, הפלדה מציעה חוזק מעולה ביחס למשקלה, מה שמאפשר למפתחים לבנות פיזורים ארוכים יותר מבלי לפגוע במידה רבה במערכות האקולוגיות של הנהרות במהלך הבנייה. מחקרים המבחינים את מחזור החיים המלא מראים כי גשרי פלדה המיוצרים עם כמות גדולה של חומר מחזורי צורכים בסופו של דבר את כמות האנרגיה הנמוכה ביותר על פני 100 שנה, כאשר לוקחים בחשבון את כל פעולות התיקון, את משך חייהם ואת מה שקורה להם בסוף תקופת השימוש.

אשכול אסטרטגיות להפחתה ברת-קיימא לפרויקטים נמוכים השפעה של גשרים

אופטימיזציה של התוכנית, ייצור מודולרי וצמצום פסולת בבניית גשרים

בנוגע לתכנון הגשרים, אופטימיזציה טופולוגית יכולה למעשה לצמצם את השימוש בפלדה בכ־15 אחוז, ואף עד כ־25 אחוז, תוך שמירה על יציבות מבנית מלאה. משמעות הדבר היא הפחתה כללית בפחמן המוטבע הקיים בפרויקט. כמו כן, הבנייה המודולרית מתבצעת מחוץ לאתר. במפעלים ניתן להשיג שליטה טובה בהרבה מאשר בעבודה בחוץ, ולכן יצרנים מיישמים שיטות חכמות (lean) שמקטינות את הפליטות ממש במקום בו הן נוצרות ומזרזות במידה רבה את קצב העבודה. גם הרכיבים המוקדמים (precast) עצמם מרשים במיוחד. לפי פרויקטים גדולים של תשתיות שנראו לאחרונה באזורים שונים ברחבי העולם בשנת 2024, כמות הפסולת הנשארת בחומרי הפלדה היא פחות מ־5 אחוז. וברור שמשמעות זאת היא צמצום במספר הנסיעות הנדרשות לשם, וכן בצמצום השימוש במכונות ניידות המונעות בדיזל, אשר פועלות לאורך כל היום.

מחזוריות: שימוש חוזר, מחזור ורכישת פלדה נמוכה פחמן לגשרים עתידיים

כאשר פלדת בניין מוחזרת לשימוש, היא שומרת על כ־95% מהחוזק המקורי שלה לאחר התאמה מחדש. זה אומר שמפתחי המבנה יכולים לקחת את הקורות הגדולות ישירות מגשרים ישנים שכבר אינם בשימוש ולהכניסן חזרה לשירות במקום אחר. המספרים משתפרים עוד יותר כאשר בוחנים את תהליך ייצור הפלדה: כורות קשת חשמלית שעובדים עם פסולת מתכת מייצרים כ־70% פחות דו-תחמוצת הפחמן בהשוואה לכורים מסורתיים. סטנדרטים תעשייתיים בימינו דורשים לפחות 50% חומרים מחזירים בפלדה המשמשת לבניית גשרים חדשים, דבר שמתבסס על פרויקטים ניסיוניים בהם נבדקת תהליך ייצור ברזל מאריזון באמצעות מימן. וקיים גם זווית נוספת: בעזרת מערכות מעקב מתאימות לאורך כל מחזור חייהם, רוב הגשרים הופכים למחזירים ב-98% כשיגיעו לסוף תקופת השימוש שלהם. מה שמתבצע כאן הוא המרה של רכיבי תשתית שהיו פעם פשוט "יושבים" למשהו בעל ערך רב יותר עם הזמן – כלומר, יצירת מאגרים עצומים של חומרי בניין.Ready for reuse whenever needed.