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    Ruolo del calcestruzzo nella riduzione delle emissioni di edifici e pavimentazioni

    Credito:Unsplash/CC0 dominio pubblico

    L'incontro con il cemento è un evento comune, persino di routine. Ed è proprio questo che rende il calcestruzzo eccezionale.

    Essendo il materiale più consumato dopo l'acqua, il calcestruzzo è indispensabile per i molti sistemi essenziali, dalle strade agli edifici, in cui viene utilizzato.

    Ma a causa del suo uso estensivo, la produzione di calcestruzzo contribuisce anche a circa l'1% delle emissioni negli Stati Uniti e rimane una delle numerose industrie ad alta intensità di carbonio a livello globale. Affrontare il cambiamento climatico, poi, significherà ridurre gli impatti ambientali del calcestruzzo, anche se il suo uso continua ad aumentare.

    In un nuovo giornale in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , un team di ricercatori attuali ed ex del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) delinea come raggiungere questo obiettivo.

    Presentano un'ampia valutazione del ciclo di vita dei settori dell'edilizia e delle pavimentazioni che stima come le strategie di riduzione dei gas serra (GHG), comprese quelle per calcestruzzo e cemento, potrebbero ridurre al minimo le emissioni cumulative di ciascun settore e come tali riduzioni sarebbero paragonabili alla riduzione nazionale dei GHG obiettivi.

    Il team ha scoperto che se venivano attuate strategie di riduzione, le emissioni per i marciapiedi e gli edifici tra il 2016 e il 2050 potrebbero diminuire fino al 65 percento e al 57 percento, rispettivamente, anche se l'uso concreto ha accelerato notevolmente in quel periodo. Questi sono vicini agli obiettivi di riduzione degli Stati Uniti fissati come parte degli accordi di Parigi sul clima. Le soluzioni considerate consentirebbero inoltre alla produzione concreta per entrambi i settori di raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050.

    Nonostante la continua decarbonizzazione della rete e l'aumento dell'efficienza del carburante, hanno scoperto che la stragrande maggioranza delle emissioni di gas a effetto serra da nuovi edifici e marciapiedi durante questo periodo deriverebbe dal consumo di energia operativa piuttosto che dalle cosiddette emissioni incorporate, emissioni derivanti dalla produzione di materiali e dalla costruzione.

    Fonti e soluzioni

    Il consumo di calcestruzzo, grazie alla sua versatilità, durata, costruibilità, e ruolo nello sviluppo economico, è stato progettato per aumentare in tutto il mondo.

    Sebbene sia essenziale considerare gli impatti concreti della produzione di calcestruzzo in corso, è altrettanto essenziale collocare questi impatti iniziali nel contesto del ciclo di vita del materiale.

    A causa degli attributi unici del calcestruzzo, può influenzare le prestazioni di sostenibilità a lungo termine dei sistemi in cui viene utilizzato. Pavimenti in calcestruzzo, ad esempio, può ridurre il consumo di carburante del veicolo, mentre le strutture in calcestruzzo possono sopportare i pericoli senza bisogno di riparazioni ad alta intensità di energia e materiali.

    Gli impatti del calcestruzzo, poi, sono complesse quanto il materiale stesso:una miscela accuratamente proporzionata di polvere di cemento, acqua, sabbia, e aggregati. Districare il contributo del calcestruzzo agli impatti operativi e concreti di edifici e marciapiedi è essenziale per pianificare le riduzioni dei gas a effetto serra in entrambi i settori.

    Set di scenari

    Nella loro carta, I ricercatori di CSHub prevedono le potenziali emissioni di gas serra dai settori dell'edilizia e delle pavimentazioni poiché numerose strategie di riduzione delle emissioni sono state introdotte tra il 2016 e il 2050.

    Poiché entrambi questi settori sono immensi e in rapida evoluzione, modellarli richiedeva una struttura complessa.

    "Non abbiamo dettagli su ogni edificio e marciapiede negli Stati Uniti, " spiega Randolph Kirchain, ricercatore presso il Laboratorio di ricerca sui materiali e co-direttore di CSHub.

    "Come tale, abbiamo iniziato sviluppando progetti di riferimento, che intendono essere rappresentativi degli edifici e dei marciapiedi attuali e futuri. Questi sono stati adattati per essere appropriati per 14 diverse zone climatiche negli Stati Uniti e quindi distribuiti negli Stati Uniti sulla base dei dati del censimento degli Stati Uniti e della Federal Highway Administration".

    Per riflettere la complessità di questi sistemi, i loro modelli dovevano avere le risoluzioni più alte possibili.

    "Nel settore delle pavimentazioni, abbiamo raccolto lo stock attuale della rete statunitense sulla base di segmenti di 10 miglia ad alta precisione, insieme alle condizioni della superficie, traffico, spessore, larghezza della corsia, e numero di corsie per ogni segmento, "dice Hessam Azari Jafari, un postdoc presso CSHub e un coautore del documento.

    "Per modellare le future azioni di pavimentazione nel periodo di analisi, abbiamo ipotizzato quattro condizioni climatiche; Quattro tipi di strade; asfalto, calcestruzzo, e strutture pavimentali composite; oltre che maggiore, minore, e interventi di pavimentazione di ricostruzione specificati per ogni condizione climatica”.

    Utilizzando questo quadro, hanno analizzato uno scenario "progetto" e uno "ambizioso" di strategie di riduzione e attributi di sistema per edifici e pavimentazioni nel periodo di analisi di 34 anni. Gli scenari sono stati definiti dai tempi e dall'intensità delle strategie di riduzione dei gas serra.

    Come potrebbe suggerire il suo nome, lo scenario previsto rifletteva le tendenze attuali. Per il settore edile, le soluzioni comprendevano la prevista decarbonizzazione della rete e miglioramenti ai codici edilizi e all'efficienza energetica che sono attualmente in corso di attuazione in tutto il paese. Per i marciapiedi, l'unica soluzione prevista era il miglioramento del risparmio di carburante del veicolo. Questo perché man mano che l'efficienza del veicolo continua ad aumentare, diminuiranno anche le emissioni dei veicoli in eccesso dovute alla scarsa qualità della strada.

    Entrambi gli scenari previsti per edifici e pavimentazioni hanno caratterizzato la graduale introduzione di strategie concrete a basse emissioni di carbonio, come contenuto riciclato, cattura del carbonio nella produzione di cemento, e l'uso del carbonio catturato per produrre aggregati e curare il calcestruzzo.

    "Nello scenario ambizioso, " spiega Kirchain, "siamo andati oltre le tendenze previste ed esplorato cambiamenti ragionevoli che superano le politiche attuali e gli impegni [del settore]".

    Qui, le strategie del settore edilizio erano le stesse, ma implementato in modo più aggressivo. Anche il settore delle pavimentazioni ha rispettato obiettivi più aggressivi e ha incorporato diverse nuove strategie, compreso investire di più per ottenere strade più lisce, applicare selettivamente sovrapposizioni di cemento per produrre pavimentazioni più rigide, e l'introduzione di pavimentazioni più riflettenti, che possono modificare il bilancio energetico della Terra inviando più energia dall'atmosfera.

    Risultati

    Man mano che la rete diventa più verde e le nuove case e gli edifici diventano più efficienti, molti esperti hanno previsto che gli impatti operativi dei nuovi progetti di costruzione si ridurranno rispetto alle loro emissioni incorporate.

    "What our life-cycle assessment found, " says Jeremy Gregory, the executive director of the MIT Climate Consortium and the lead author on the paper, "is that [this prediction] isn't necessarily the case."

    "Anziché, we found that more than 80 percent of the total emissions from new buildings and pavements between 2016 and 2050 would derive from their operation."

    Infatti, the study found that operations will create the majority of emissions through 2050 unless all energy sources—electrical and thermal—are carbon-neutral by 2040. This suggests that ambitious interventions to the electricity grid and other sources of operational emissions can have the greatest impact.

    Their predictions for emissions reductions generated additional insights.

    For the building sector, they found that the projected scenario would lead to a reduction of 49 percent compared to 2016 levels, and that the ambitious scenario provided a 57 percent reduction.

    As most buildings during the analysis period were existing rather than new, energy consumption dominated emissions in both scenarios. Di conseguenza, decarbonizing the electricity grid and improving the efficiency of appliances and lighting led to the greatest improvements for buildings, they found.

    In contrast to the building sector, the pavements scenarios had a sizeable gulf between outcomes:The projected scenario led to only a 14 percent reduction while the ambitious scenario had a 65 percent reduction—enough to meet U.S. Paris Accord targets for that sector. This gulf derives from the lack of GHG reduction strategies being pursued under current projections.

    "The gap between the pavement scenarios shows that we need to be more proactive in managing the GHG impacts from pavements, " explains Kirchain. "There is tremendous potential, but seeing those gains requires action now."

    These gains from both ambitious scenarios could occur even as concrete use tripled over the analysis period in comparison to the projected scenarios—a reflection of not only concrete's growing demand but its potential role in decarbonizing both sectors.

    Though only one of their reduction scenarios (the ambitious pavement scenario) met the Paris Accord targets, that doesn't preclude the achievement of those targets:many other opportunities exist.

    "In questo studio, we focused on mainly embodied reductions for concrete, " explains Gregory. "But other construction materials could receive similar treatment.

    "Further reductions could also come from retrofitting existing buildings and by designing structures with durability, hazard resilience, and adaptability in mind in order to minimize the need for reconstruction."

    This study answers a paradox in the field of sustainability. For the world to become more equitable, more development is necessary. E ancora, that very same development may portend greater emissions.

    The MIT team found that isn't necessarily the case. Even as America continues to use more concrete, the benefits of the material itself and the interventions made to it can make climate targets more achievable.


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