Көпірдің болат құрылымын салу кезіндегі экологиялық әсерлер қандай?

Көпірдің болатын өндіру кезіндегі енгізілген көміртегі және энергия интенсивтілігі

Құрылыс болатының көміртегі ізі, сақтандыру кабельдері және жоғары беріктікті қорытпалар

Балтақтарды салу үшін негізгі материал ретінде болат қолданылады, бірақ әртүрлі материалдардың қанша ластандыруға әкелетіні әртүрлі болуы мүмкін. Қалыпты құрылыс болатын әрбір тоннасын өндірген кезде шамамен 1,8–2,3 метрикалық тонна CO₂ шығарылады, бұл Global Efficiency Intelligence-тің өткен жылғы зерттеуіне сәйкес қалыпты автомобильмен шамамен 5000 миль (8047 км) жүрумен тең. Көптеген көпірлерде қолданылатын тірек сымдары – басқаша айтқанда, басқа бір тармақ. Олар арнайы жоғары беріктіктегі қорытпалардан жасалады және олардың көміртегі ізін қалыпты болат арқылы жасалған арқалықтармен салыстырғанда 40%-дан 60%-ға дейін арттыратын интенсивті жылумен өңдеу процестерін қажет етеді. Бұл жетілдірілген материалдар инженерлерге ұзын қашықтықтарды құрылысқа енгізу мүмкіндігін береді, бірақ олардың өндірісі кезінде өндірушілердің қатаң сапа бақылауын ұстауы мен қосымша қадамдарды орындауы қажет, сондықтан бұл барлығы жалпы экологиялық әсерді арттырады. Сондықтан белгілі бір жоба үшін қандай болат таңдалатыны – бұл нақты құрылыс орында басталмас бұрын барлық құрылымның қаншалықты «жасыл» болатынын анықтайтын негізгі фактор.

Көпірлік болаттың шығарындыларында домна пеші мен электр доғалы пешінің рөлі

Негізгі болаттың көпшілігі әлі де домна пештерінде өндіріледі, бірақ бұл «ескі мектеп» әдістері электр доғалы пештерге қарағанда шамамен 70% көп шығарындылар шығарады. Домна пештері кокс пештерінде 1200 °C-тан жоғары температурада көмірді жағу арқылы жұмыс істейді, ол әрбір тонна шикі болат өндірілген сайын шамамен 2,2 тонна көміртегі диоксидін тудырады. Электр доғалы пештер толығымен басқаша әдіс қолданады: олар қайта өңделетін металл қалдықтарын электр энергиясы көмегімен балқытады. Егер бұл жүйелерді қайта қалыптастырылатын энергия қоректендірсе, олар шығарындыларды жартысынан үш төрттегісіне дейін қысқартады. Көпірлерді салушылар критикалық құрылымдық бөлшектер үшін тазалық стандарттарына байланысты домна пешінен алынған болатты қолдануды ұстағанымен, жаңа электр доғалы пештердің әдістері мен тікелей тотықсыздандырылған темірдің (DRI) қосылуы ASTM A709 стандарттарына сәйкес келетін, бірақ төмен шығарындылар өндіретін өнімдерді шығаруға қол жеткізуде. Қазір өнеркәсіпте сапа мен беріктік талаптарын сақтай отырып, өндірушілердің экологиялық ізін азайтуы мүмкін болатын өзгеріс жүріп жатыр.

Құрылыс алаңындағы әсерлер: Жабдықтар, логистика және өзендік бұзылу

Дизельді крандар, баржалар және құрылыс қорғау қабырғалары: отын шығыны мен су айдындарына әсер ету

Көпір салу жобалары кезінде тракторлық крандар мен тіреулердің қондырылуы сияқты ауыр техника көп мөлшерде дизельді отын жағады. АҚШ Экологиялық қорғау агенттігінің 2023 жылғы деректеріне сәйкес, кейбір крандар күніне 50-75 галлон дизель отынын тұтынады, бұл олардың атмосферага қатты көлемде көміртегі диоксиді мен азот оксидтерін шығаратынын білдіреді. АҚШ Әскери инженерлер корпусының деректерін қарағанда, өзен құрылысы жобаларынан айлық азот оксиді шығыны 15-30 тонна аралығында болады. Содан басқа, ауа ластануынан тыс қоршаған ортаға тигізетін басқа да әсерлер де бар. Баржалардың қозғалысы мен коффердамдардың орнатылуы судың экожүйелеріне проблемалар туғызады. Тұнба қозғалысқа ұшырап, су астындағы өсімдіктерге күн сәулесінің түсуін қиындатады, құрылыс шуы балықтардың шағылысуы кезінде олардың қозғалысын бұзады, ал өзен жағалауындағы әртүрлі эрозия су астындағы кішкентай тіршілік иелерінің тіршілік ету орнын өзгертеді. 2022 жылы Огайо өзені бойындағы көпір құрылысы бойынша жүргізілген зерттеулер құрылыс аймағында табанда тіршілік ететін организмдердің қауымдастықтарының саны уақытша шамамен 12 пайызға төмендегенін көрсетті.

Алдын ала дайындалған көпір бөлшектері мен алаңға кіру үшін көлік шығындары

FHWA деректері бойынша, осы үлкен дайындамалы болат арқалықтардың тасымалдануы құрылыс жобаларындағы барлық Scope 3 шығындарының шамамен 60%-ын құрайды. Бұл көрсеткіштерге әсер ететін бірнеше фактор бар. Біріншіден, қашықтық. Мысалы, 100 тонналық арқалықты 200 миль арқылы тасымалдаған кезде, тек қана CO2 шығындары 1,8 тоннаға жетеді. Екіншіден, автопарктің жасы. Ескірген жүк машиналары Euro VI стандартына сай жаңа моделдермен салыстырғанда шамамен 35% артық бөлшекті заттар шығарады. Сонымен қатар, құрылыс алаңында не болып жатқанын ұмытпаңыз. Орнында тұрған темірбетон араластырғыш машиналар құрылыс алаңындағы барлық мобильді шығындардың 20%-ын құрайды. NCHRP-ның 2023 жылғы зерттеулеріне сәйкес, материалдарды А нүктесінен В нүктесіне тиімді тасымалдау жолдарын іздестіру шығындарды 18%-ға дейін азайта алады. Тасымалдау қашықтығы 80 мильден асқан жағдайда жол арқылы емес, теміржол арқылы тасымалдауға көшу отын шығындарын шамамен үштен екіге дейін азайтады.

Өмірлік цикл бойынша бағалау салыстырмасы: болат көпірлер мен олардың альтернативалары

Көпір инфрақұрылымына қолданылатын ӨЦБ кезеңдері: материалдардың өндірілуінен қолданыс мерзімінің аяқталуына дейін

Өмірлік цикл бойынша бағалаулар (ӨЦБ) негізінде әртүрлі көпірлердің ортаға әсерін олардың тіршілігінің әрбір кезеңінде қаншалықты зиянды екенін өлшейді. Осылай ойласақ: біз темір рудасын қазып алу мен тас қирату сияқты бастапқы материалдарды өндіруден бастаймыз, одан кейін өндіріс процестеріне, барлық материалдарды тасымалдауға, нақты көпірді салуға, онда ондаған жылдар бойы пайдалануға, соңында ол қолданысқа жарамсыз болған кезде демонтажды жүргізуге көшеміз. Алайда болат көпірлердің өзіндік артықшылығы бар. Олар өз қызмет мерзімінің аяғына жеткен кезде, көпшілік болат қайта өңделеді. Әлемдік болат әріптестігі 90%-ға жуығы қайтадан қолданысқа түсетінін айтады. Сондай-ақ, жөндеу жұмыстарын да ұмытпаған жөн. Болат көпірлер басқа көпірлерге қарағанда әлдеқайда аз қолданысқа алынуымен қатар, күтілетін 100 жылдық қызмет мерзімінен әлдеқайда асып кетеді.

Балтақтар: болат, темірбетон және массалық ағаш — CO2, энергия және тұрақтылық арасындағы компромисс

2019 жылы Ню және Финк зерттеулеріне сәйкес, арқалық ұзындығының әрбір метрі үшін болат көпірлердің кірістірілген көміртегі мөлшері темірбетонды көпірлерге қарағанда шамамен 15–20 пайызға төмен болады. Массалық ағаш көпірлер жағдайында кеміту тағы да әлдеқайда әсерлі: көмірқышқыл газының шығарылуы ағаштардың өсу кезінде табиғи түрде CO₂-ді сіңіруі салдарынан 30 пайызға дейін төмендейді. Дегенмен, ағаш құрылымдарында бір қиындық бар — олардың ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін химиялық өңдеуге қажеттілік туындайды, сонымен қатар басқа материалдарға қарағанда жиірек жөндеуге немесе алмастыруға қажеттілік туындайды, бұл өз кезегінде уақыт өте келе олардың экологиялық әсерін арттырады. Болат коррозияға төзімді және су басуды жақсы көтереді, сондықтан мұндай көпірлерді жиі қайта салу қажет емес. Сонымен қатар, болаттың салмағына қатысты өте жоғары беріктігі инженерлерге құрылыс кезінде өзендердің табиғи ортасын аз ғана бұзатын, ұзын арқалықтар салуға мүмкіндік береді. Толық өмірлік цикл бойынша жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, көп мөлшерде қайта өңделген материалдан жасалған болат көпірлер 100 жыл ішінде барлық жөндеу жұмыстарын, қызмет ету мерзімін және пайдалану мерзімінің аяқталғаннан кейінгі суды ескере отырып, ең аз энергия тұтынады.

Төмен әсер ететін көпір жобалары үшін тұрақты азайту стратегиялары

Көпір құрылысындағы дизайнды оптимизациялау, модульдік дайындау және қалдықтарды азайту

Көпірдің конструкциясын жобалау кезінде топологиялық оптимизациялық әдіс қолданылса, құрылымдық беріктікті сақтай отырып, болаттың пайдаланылуын шамамен 15 пайыздан 25 пайызға дейін азайтуға болады. Бұл жобаның барлық циклы бойынша «денелік» көміртегінің жалпы көлемін азайтады. Сондай-ақ, құрылыс алаңынан тыс орналасқан модульдік құрылыс да қолданылады. Зауыттарда сыртта жұмыс істеуге қарағанда әлдеқайда жақсы бақылау жасауға болады, сондықтан өндірушілер шығындарды тікелей орындау нүктесінде азайтатын және құрылыс процесін әлдеқайда жылдамдататын ықшам әдістерді қолданады. Ал алдын ала дайындалған компоненттер де өте қызықты: 2024 жылы әртүрлі аймақтарда іске қосылған соңғы ірі инфрақұрылыс жобаларында болат материалдарынан қалдықтар 5 пайыздан аспайды. Бұл, әрине, дизельді қозғалтқыштармен жұмыс істейтін машиналардың бірнеше рет құрылыс алаңына шығуын қажет етпейді.

Циклдықтық: келешектегі көпірлер үшін қайта пайдалану, қайта өңдеу және төмен көміртегілі болаттың қорынан алу

Құрылымдық болат қайта өңделген кезде, оның бастапқы беріктігінің шамамен 95%-ы сақталады. Бұл инженерлердің қажеті жоғалған ескі көпірлерден үлкен арқалықтарды тікелей алып, оларды басқа жерде қайтадан пайдалануға мүмкіндік береді. Болаттың қалай жасалатынын қарастырғанда, көрсеткіштер тағы да жақсарып кетеді. Қалдық металмен жұмыс істейтін электр доғалы пештер дәстүрлі домна пештерімен салыстырғанда шамамен 70% кем көміртегі диоксидін шығарады. Қазіргі кездегі өнеркәсіптік стандарттар жаңа көпірлердің құрылысында қолданылатын болатта кемінде 50% қайта өңделген материал болуын талап етеді; бұл талап сутегімен қысқартылған темір рудасын сынақ жобалары арқылы негізделеді. Сонымен қатар, басқа бір бағыт та бар: көпірлердің тіршілік циклы бойынша дұрыс бақылау жүйелерін қолданған кезде, олар өз қызмет ету мерзімін аяқтағаннан кейін 98% қайта өңделуге жарамды болады. Бұл қашанда да тек тұрып қалған инфрақұрылым элементтерін уақыт өте келе әлдеқайда құнды нәрсеғе айналдырады — яғни қажет болған кезде қайтадан пайдалануға дайын үлкен қорларды құрады.