Care sunt impactele asupra mediului înconjurător generate de construcția structurilor metalice pentru poduri

Carbonul încorporat și intensitatea energetică în producția oțelului pentru poduri

Urmă de carbon a oțelurilor structurale, a cablurilor de ancorare și a aliajelor cu rezistență ridicată

Oțelul este, în mare parte, baza construcției podurilor, deși cantitatea de poluare generată de diferite materiale poate varia destul de mult. Oțelul structural obișnuit produce aproximativ 1,8–2,3 tone metrice de CO2 pentru fiecare tonă produsă, ceea ce ar echivala cu o distanță parcursă de aproximativ 8.000 km cu un automobil obișnuit, conform cercetării Global Efficiency Intelligence din anul trecut. Cablurile de ancorare utilizate în numeroase poduri reprezintă o altă situație complet diferită. Fabricate din aliaje speciale cu rezistență ridicată, acestea necesită procese intensive de tratament termic care măresc, de fapt, amprenta lor de carbon cu între 40 % și 60 % comparativ cu grinzile obișnuite de oțel. Deși aceste materiale avansate permit inginerilor să construiască deschideri mai lungi, ele au un cost, deoarece producătorii trebuie să mențină controale stricte ale calității în timpul fabricației și să parcurgă etape suplimentare, toate acestea contribuind la impactul ambiental general. Așadar, tipul de oțel ales pentru un anumit proiect stabilește, de fapt, bazele pentru cât de ecologic va fi întreaga structură, mult înainte ca orice lucrare efectivă de construcție să înceapă pe șantier.

Rolul furnalului înalt versus al cuptorului cu arc electric în emisiile de oțel pentru poduri

Majoritatea oțelului primar este încă produsă în cuptoare înaltă, dar aceste operațiuni tradiționale emit aproximativ 70% mai multe emisii comparativ cu cuptoarele electrice cu arc. Cuptoarele înaltă funcționează prin arderea cărbunelui în cuptoarele de cocs la temperaturi care depășesc 1.200 de grade Celsius, generând astfel aproximativ 2,2 tone de dioxid de carbon pentru fiecare tonă de oțel brut produs. Cuptoarele electrice cu arc adoptă o abordare complet diferită: ele topesc metalul recuperat reciclat folosind electricitate. Atunci când aceste sisteme sunt alimentate cu energie regenerabilă, reduc emisiile între jumătate și trei pătrimi. Constructorii de poduri folosesc adesea oțelul provenit din cuptoare înaltă pentru componente structurale esențiale, datorită standardelor de puritate, dar noile tehnici bazate pe cuptoare electrice cu arc, combinate cu fierul redus direct, încep să îndeplinească aceleași specificații ASTM A709, în timp ce produc emisii mai mici. În prezent, asistăm la o tranziție industrială în care producătorii pot reduce amprenta lor ecologică fără a sacrifica calitatea sau cerințele de rezistență.

Impacte ale construcției pe loc: echipamente, logistică și perturbări ale mediilor acvatice

Macarale, nave de lucru și cofferdams alimentate cu motorină: consumul de combustibil și efectele asupra habitatelor acvatice

În timpul proiectelor de construcție a podurilor, mașinile grele, cum ar fi macaralele pe șenile și dispozitivele de batere a piloților, consumă o cantitate mare de motorină. Unele macarale consumă, de fapt, între 50 și 75 de galoane pe zi, conform datelor Agenției pentru Protecția Mediului (EPA) din 2023, ceea ce înseamnă că emit cantități semnificative de dioxid de carbon și oxizi de azot în atmosferă. Analizând datele furnizate de Corpul de Ingineri ai Armatei SUA, observăm că emisiile lunare de oxizi de azot provenite din proiectele de construcție fluvială se situează între 15 și 30 de tone. Apoi există și toate celelalte impacturi asupra mediului, care depășesc pur și simplu poluarea aerului. Când barcile se deplasează și când se instalează cofferdam-urile, aceste activități creează probleme pentru ecosistemele acvatice. Sedimentul este agitat, ceea ce face mai dificilă pătrunderea luminii solare către plantele subacvatice, zgomotul generat de construcții perturbă perioadele de reproducere ale peștilor, iar eroziunea malurilor fluviului modifică habitatul unor organisme microscopice. Un studiu realizat în 2022 privind lucrările de construcție a podurilor de-a lungul Fluviului Ohio a constatat că populațiile de organisme bentonice au scăzut cu aproximativ 12 la sută, temporar, în zonele unde se desfășurau activ lucrări de construcție.

Emisiile de transport pentru componentele prefabricate de pod și accesul la site

Transportul acestor grinzi de oțel prefabricate mari reprezintă aproximativ 60 % din toate emisiile de tip Scope 3 din proiectele de construcții, conform FHWA. Există mai mulți factori care influențează în mod semnificativ aceste cifre. În primul rând, distanța parcursă. Când se deplasează o grindă de 100 de tone pe o distanță de 200 de mile, emisiile de CO2 sunt de aproximativ 1,8 tone, doar pentru această operațiune. Apoi, vârsta flotei. Camioanele mai vechi emit aproximativ 35 % mai multe particule în comparație cu modelele mai noi Euro VI. Și nu trebuie uitat ce se întâmplă chiar pe șantier. Camioanele-mixer pentru beton aflate în stare de așteptare contribuie, de fapt, cu 20 % la toate emisiile mobile de pe șantier. Potrivit unui studiu realizat în 2023 de NCHRP, optimizarea modului în care materialele ajung de la punctul A la punctul B poate reduce emisiile cu până la 18 %. Trecerea de la transportul rutier la cel feroviar devine deosebit de avantajoasă atunci când distanțele de transport depășesc 80 de mile, reducând consumul de combustibil cu aproape două treimi.

Comparație privind evaluarea ciclului de viață: poduri din oțel versus alternative

Fazele evaluării ciclului de viață aplicate infrastructurii de poduri: extracția materialelor până la sfârșitul vieții

Evaluările ciclului de viață (ECV) sau LCAs măsoară, în esență, cât de dăunătoare sunt diferitele tipuri de poduri pentru mediu, în fiecare etapă a existenței lor. Gândiți-vă în felul următor: începem cu extragerea materiilor prime, cum ar fi minereul de fier și agregatele din cariere, continuăm cu procesele de fabricație, transportul tuturor acestor materiale, construcția efectivă a podului, exploatarea acestuia timp de decenii și, în final, demolarea sa, atunci când nu mai este funcțional. Podurile din oțel au totuși un avantaj: la sfârșitul duratei lor de viață, cea mai mare parte a oțelului este reciclată din nou. Asociația Mondială a Oțelului afirmă că aproximativ 90% dintre acestea sunt reutilizate într-un anumit mod. Și să nu uităm nici de întreținere: podurile din oțel tind să supraviețuiască cu mult duratei lor de viață prevăzute de 100 de ani, având nevoie de foarte puțină întreținere comparativ cu alte variante disponibile.

Poduri din oțel versus poduri din beton și lemn masiv: compromisuri între emisiile de CO2, consumul de energie și durabilitate

Conform cercetării realizate de Niu și Fink în 2019, podurile din oțel tind să aibă cu aproximativ 15–20% mai puțin carbon încorporat comparativ cu cele echivalente din beton armat, pe fiecare metru de deschidere a podului. În cazul podurilor din lemn masiv, reducerea este și mai impresionantă, emisiile de dioxid de carbon scăzând până la 30%, deoarece arborii absorb în mod natural CO₂ în timpul creșterii. Totuși, există un dezavantaj legat de structurile din lemn, deoarece necesită tratamente chimice pentru a asigura durabilitatea și, în general, necesită reparații sau înlocuiri mai frecvente decât alte materiale, ceea ce, de fapt, sporește impactul lor asupra mediului în timp. Oțelul se remarcă prin rezistența sa la coroziune și prin capacitatea de a rezista mai bine inundațiilor, astfel încât aceste poduri nu necesită reconstrucții la fel de frecvente. În plus, oțelul are o rezistență remarcabilă în raport cu greutatea sa, ceea ce permite inginerilor să construiască deschideri mai lungi, perturbând într-o măsură mai mică habitatele fluviale în timpul construcției. Studiile care analizează întregul ciclu de viață arată că podurile din oțel fabricate în mare parte din materiale reciclate consumă cea mai mică cantitate de energie pe o perioadă de 100 de ani, dacă luăm în considerare toate intervențiile de întreținere, durata de viață și ceea ce se întâmplă cu ele la finalul acesteia.

Strategii durabile de atenuare pentru proiecte de poduri cu impact redus

Optimizarea proiectării, fabricarea modulară și reducerea deșeurilor în construcția de poduri

În ceea ce privește proiectarea podurilor, optimizarea topologică poate reduce, de fapt, consumul de oțel cu aproximativ 15 până la chiar 25 la sută, păstrând în același timp întreaga structură rezistentă. Acest lucru înseamnă o reducere globală a carbonului incorporat în cadrul proiectului. Apoi există și construcția modulară, care are loc în afara amplasamentului. Fabricile oferă un control mult mai bun decât lucrul în aer liber, astfel încât producătorii aplică metode lean care reduc emisiile exact în punctul în care acestea apar și accelerează în mod semnificativ ritmul lucrărilor. Componentele prefabricate sunt, de asemenea, foarte impresionante. Conform celor mai recente proiecte mari de infrastructură apărute în diverse regiuni din 2024, acestea generează mai puțin de cinci la sută deșeuri din materialele metalice. Aceasta înseamnă, evident, un număr mai mic de deplasări pe șantier, necesitând mașini acționate cu motor diesel care funcționează pe tot parcursul zilei.

Circularitate: reutilizare, reciclare și achiziționare de oțel cu emisii reduse de carbon pentru podurile viitorului

Când oțelul structural este reutilizat, păstrează aproximativ 95% din rezistența sa inițială, după ce a fost modernizat. Aceasta înseamnă că inginerii pot extrage chiar acele grinzi masive din podurile vechi care nu mai sunt necesare și le pot pune din nou în serviciu în alte locuri. Cifrele devin și mai bune dacă analizăm modul în care este produs oțelul. Cuptoarele electrice cu arc care lucrează cu metal recuperat produc aproximativ 70% mai puțin dioxid de carbon comparativ cu cuptoarele înaltă cuptor tradiționale. Standardele industriale actuale impun utilizarea unui minimum de 50% materiale reciclate în oțelul destinat construcției de noi poduri, o cerință susținută și de proiecte experimentale în care se testează minereul de fier redus cu hidrogen. Există și un alt aspect: cu sisteme adecvate de urmărire pe întreaga durată de viață, majoritatea podurilor ajung să fie reciclabile în proporție de 98% la finalul duratei lor utile. Acest lucru transformă ceea ce erau anterior doar elemente statice de infrastructură în ceva mult mai valoros în timp — creând, de fapt, rezervoare imense de materiale de construcție, gata pentru reutilizare ori de câte ori este nevoie.