Sneana Marinkovi

OCENA IVOTNOG CIKLUSA BETONSKIH KONSTRUKCIJA

INENJERSKA KOMORA SRBIJE Beograd, 17.11.2009. godine

1 UVOD Poslednjih par decenija, podizanje svesti o negativnim posledicama ljudskih aktivnosti na odrivost ivotne sredine, alarmiralo je strunjake iz razliitih podruja nauke i tehnike da se detaljno pozabave posledicama koje pojedine delatnosti imaju na smanjenje prirodnih resursa, klimatske promene, zagaenje zemlje, vode i vazduha, i ugroavanje biolokog sveta. U razvijenim zemljama Evrope, SAD, Australiji, Novom Zelandu, Japanu, naune i strune organizacije iz graevinsko-arhitektonske struke sve intenzivnije trae puteve kojima i ova delatnost, koja nesumnjivo ima veliko uee u stvaranju postojeeg alarmantnog stanja, treba da ide ka odrivom razvoju i omoguavanju opstanka ljudi. Razvoj odrivog graevinarstva zasniva se na smanjenju potronje energije i prirodnih sirovina, smanjenju emisije tetnih gasova u vazduh, zemlju i vodu, smanjenju povrina zemljita pod deponijama, poveanju trajnosti i produenju eksploatacionog veka konstrukcija, korienju sekundarnih materijala i ponovnoj upotrebi konstruktivnih elemenata, vraanju iskorienih materijala okolini bez njenog ugroavanja. Tako, graevinska industrija, ukljuujui i industriju betona, se danas suoava sa transformacijom tradicionalnog procesa projektovanja i graenja u novi pristup odrivog graevinarstva, u emu vanu ulogu imaju aspekti ouvanja ivotne sredine. Kljuni znaaj procene ekolokih aspekata betonskih konstrukcija proizilazi iz velike koliine betonskih konstrukcija izgraenih u svetu svake godine (danas je proizvodnja betona oko 6 milijardi tona godinje). Procenjuje se da su graevinska industrija i njeni proizvodi odgovorni za priblino 40% ukupne potronje energije i emisije gasova koji su odgovorni za efekat staklene bate [1]. Vie od polovine ukupnog industrijskog otpada je graevinski otpad. Za proizvodnju betona koriste se prirodne sirovine, vaenjem iz zemlje. Beton je jedan od najjeftinijih graevinskih materijala, i izgleda da u bliskoj budunosti nee imati alternativu. To znai da emo morati da nastavimo korienje krenjaka za cement i agregata za beton i to u velikim koliinama. Osnovni cilj projektovanja betonskih konstrukcija s obzirom na njihov uticaj na ivotnu sredinu je smanjenje uticaja na ivotnu sredinu, drutvo i pojedinano oveka. Da bi se uticaji smanjili, potrebno ih je sraunati. Namera autora u ovom radu je da da osnovne informacije o nainu sraunavanja uticaja betonskih konstrukcija na ivotnu sredinu primenom metodologije Ocene ivotnog ciklusa (engl. Life Cycle Assessment). Uticaji i ponaanje betonskih konstrukcija raunaju se, procenjuju kroz kategorije tipa: korienje sirovina, energije, emisije tetnih materija, koliinu otpada itd. Zahtevi koje pri tome jedna betonska konstrukcija treba da zadovolji definiu se odgovarajuim zakonima ili posebnim zahtevima klijenta. 2 ODRIVO GRAEVINARSTVO Tradicionalan pristup projektovanju i oceni graevinskih konstrukcija dugo vremena bio je zasnovan na tri osnovna faktora: kvalitet, cena kotanja i vreme. Agenda 21 i Agenda o odrivom graevinarstvu [2] istiu da tri osnovna aspekta koncepta odrivosti: -zatita ivotne sredine, -ekonomska ogranienja i -socijalno-kulturni aspekti trebaju biti obuhvaeni projektovanjem, izgradnjom, upotrebom i ostalim fazama u ivotnom ciklusu svakog proizvoda, pa i betonskih konstrukcija. Dok je tradicionalni pristup poivao na principu maksimalne ekonomske efikasnosti ne vodei rauna o uticaju na ivotnu sredinu, dotle novi pristup, odrivo graevinarstvo, istie vanost smanjenja uticaja graevinskih objekata na ivotnu sredinu, slika 1. I ostali kriterijumi, ekonomski, kulturni i socijalni takoe moraju biti razmatrani i balansirani u procesu projektovanja i procesu ocene. Tradicionalni faktori (kvalitet, cena, vreme) ukljueni su u napred navedene osnovne elemente. Generalno, betonske konstrukcije se projektuju tako da zadovolje zahteve graninog stanja nosivosti, upotrebljivosti i trajnosti. Sada se dodaje jo jedan zahtev: uticaj konstrukcije na ivotnu sredinu treba da bude u okviru nekih zadatih kriterijuma. Dok se zahtevi vezani za nosivost, upotrebljivost i trajnost uglavnom odnose na fazu eksploatacije, i eventualno fazu graenja, dotle se ispunjavanje zahteva vezanih za uticaj konstrukcije na ivotnu sredinu odnosi na ceo ivotni ciklus jedne betonske konstrukcije (od proizvodnje komponenti betona, preko projektovanja, graenja i upotrebe, do ruenja). Sa aspekta zatite ivotne sredine, odrivost u graevinarstvu se postie: - korienjem graevinskih materijala iji je tetni uticaj na ivotnu sredinu najmanji, - efikasnom i racionalnom potronjom energije i sirovina,

2

- odgovarajuim upravljanjem graevinskim otpadom.

Slika 1. Transformacija tradicionalnog u odrivo projektovanje i graenje Drugim reima, projektovanje betonskih konstrukcija s obzirom na njihov uticaj na ivotnu sredinu, treba da obuhvati sve faze ivotnog ciklusa jedne betonske konstrukcije i treba da ima za cilj minimiziranje upotrebe prirodnih sirovina i energije, smanjenje emisija tetnih materija u vazduh, vodu i zemlju, i racionalno upravljanje graevinskim otpadom (recikliranje, ponovna upotreba itd.). 3 METODOLOGIJE OCENE UTICAJA BETONSKIH KONSTRUKCIJA NA IVOTNU SREDINU Jedna od osnovnih i danas najee primenjivanih metodologija za ocenu uticaja na ivotnu sredinu je Ocena ivotnog ciklusa (engl. Life-Cycle Assessment, skraeno LCA [3]), metodologija koju definiu ISO standardi 14040 [4], iji kljuni deo je upravo ocena uticaja na ivotnu sredinu. LCA ukljuuje tehnike procene aspekata ivotne sredine i moguih uticaja proizvoda ili procesa tokom itavog njihovog ivotnog ciklusa. U tom smislu svaku betonsku konstrukciju - zgradu, most, konstruktivni element ili bilo koji drugi graevinski objekat treba shvatiti kao proizvod i oceniti njen uticaj na ivotnu sredinu tokom celog ivotnog ciklusa. Ukupni uticaj proizvoda (betonske konstrukcije) na ivotnu sredinu treba posmatrati kroz ceo ivotni ciklus, od akvizicije sirovina, preko proizvodnje, upotrebe i odlaganja. Karakteristian ivotni ciklus betonske konstrukcije, sa tipinim tokovima materijala i energije i uticajima na ivotnu sredinu, prikazan je na slici 2.

Slika 2. ivotni ciklus betonskih konstrukcija-tokovi energije i materijala

3

4 OCENA IVOTNOG CIKLUSA BETONSKIH KONSTRUKCIJA Metodologija ocene ivotnog ciklusa definisana u ISO 14040 je iterativan metod ocene. Sastoji se iz sledeih koraka: (1) definicija cilja i obima, (2) analiza inventara, (3) ocena uticaja i (4) interpretacija, pri emu su ovi koraci meusobno zavisni, slika 3.

Slika 3. Faze Ocene ivotnog ciklusa i odgovarajui ISO standardi 4.1 DEFINICIJA CILJA I OBIMA Ovo je prva faza u okviru LCA [3] koja sadri sledee: cilj, obim, funkcionalnu jedinicu, granice sistema, kvalitet podataka i kritiki proces revizije. Cilj i obim ocene ivotnog ciklusa moraju biti jasno definisani i u skladu sa planiranom primenom u procesu projektovanja. Definisanje cilja podrazumeva definisanje svrhe LCA, nameravanu upotrebu rezultata i korisnike rezultata. Neki primeri cilja su: - uporediti dva ili vie proizvoda koji imaju istu funkciju, sa ciljem korienja informacija pri reklamiranju proizvoda ili regulisanja njegove upotrebe, - utvrivanje mogunosti unapreenja u daljem razvoju postojeeg proizvoda ili projektovanju novog itd. Definicija obima (sadraja) ocene ivotnog ciklusa postavlja granice procene-ta je ukljueno u sistem i koje e se metode procene koristiti. U definisanju obima LCA studije, sledee teme treba jasno opisati: funkciju sistema, funkcionalnu jedinicu, granice sistema, vrste uticaja, metodologiju procene uticaja i interpretacije koja e se koristiti, potrebne podatke, pretpostavke i ogranienja, zahtevani (potreban) kvalitet podataka, vrstu kritike revizije i vrstu i format zavrnog izvetaja. Proizvod ili proces treba detaljno opisati da bi se odredile alternative koje se ukljuuju u studiju. Alternativne proizvode ili procese treba takoe opisati detaljno da bi se definisale granice sistema, to je vano za proces prikupljanja podataka, jer granice sistema odreuju koliinu posla koji treba uraditi. Procena uticaja ukljuuje odreeni broj razliitih kategorija uticaja i metoda procene. Granice procene uticaja odreuju broj kategorija uticaja koje treba razmatrati. Ukoliko je potrebno, sadraj studije se u toku izrade moe revidovati, ukljuivanjem novih kategorija uticaja ili iskljuivanjem postojeih. Zahtevani kvalitet podataka zavisi od ukupnog cilja studije, i ukljuuje procenu nivoa tanosti, preciznosti i reprezentativnosti pojedinih podataka (npr. konkretni ili osrednjeni, mereni ili procenjeni, prihvatljivu starost podataka itd.). Definisanje funkcionalne jedinice je osnova LCA studije jer se na osnovu nje vri poreenje izmeu proizvoda ili procesa. Svi podaci prikupljeni u fazi inventara treba da budu izraeni kroz funkcionalnu jedinicu, odnosno u odnosu na nju se normalizuju ulazni i izlazni podaci. Funkcionalna jedinica mora biti jasno odreena i merljiva. Pri definisanju funkcionalne jedinice treba uzeti u obzir funkciju i trajnost proizvoda ili procesa. Granice sistema definiu procese-operacije (kao proizvodnja, transport, procesi upravljanja otpadom), kao i ulaze i izlaze koje treba uzeti u obzir u okviru LCA studije. Inicijalne granice sistema definiu jedinine procese koji e biti ukljueni i modelirani. Idealno bi bilo da se sistem modelira tako da se obuhvate i ulazi i izlazi na granicama. Meutim, obino nema ni vremena ni podataka ni resursa da se sprovede tako detaljna studija, to znai da se moraju doneti odluke koji e jedinini procesi biti modelirani i koliko detaljno. Sredstva svakako ne treba troiti na ulaze i izlaze iji je uticaj zanemarljiv na

4

ukupne zakljuke studije. Takoe treba doneti odluku koje emisije e biti razmatrane i koliko detaljno. Pravila kojima se rukovodilo pri donoenju odluka o odabiru ulaza i izlaza moraju biti jasno opisana. Izostavljanje bilo kog dela ivotnog ciklusa mora biti jasno obrazloeno. Konano jedini kriterijum za postavljanje granica sistema jeste stepen uverenosti da rezultati studije nee biti kompromitovani i da je psotignut cilj studije. Recimo, tretman otpadnih voda je primer procesa koji se esto izostavlja pri definisanju granica sistema. Kvalitet LCA studije zavisi od kvaliteta podataka prikupljenih u okviru faze inventara. Vano je da se kvalitet podataka opie i oceni na sistematian nain koji omoguava i drugima da razumeju i kontroliu stvarni kvalitet. Zahtevima za kvalitet podataka treba obuhvatiti sledee parametre: - vremenski period: eljenu starost (npr. u toku poslednjih 5 godina) i najmanji period vremena (npr. godinje) - geografsku pripadnost: geografsko podruje sa koga treba prikupiti podatke za jedinine procese da bi se zadovoljio postavljeni cilj (lokalno, nacionalno, kontinentalno, globalno) - tehnoloku pokrivenost: osrednjenu vrednost za proces, najbolja mogua tehnologija ili najgora operaciona jedinica. Ostali opisi koji definiu prirodu podataka a koje takoe treba razmotriti, su recimo da li su podaci prikupljeni sa odreenog mesta ili iz publikovanih izvora, da li ih treba meriti, raunati ili proceniti itd. Svrha kritike revizije je da se obezbedi kvalitet ocene ivotnog ciklusa. Revizija moe biti unutranja, spoljanja ili da ukljuuje zainteresovane strane, to se odreuje pri definiciji cilja i sadraja studije. Revizijom treba da se utvrdi da su metode koriene u LCA u skladu sa meunarodnim standardima i nauno i tehniki utemeljene, da su korieni podaci odgovarajui i u skaldu sa ciljem i sadrajem studije, da interpretacija rezultata uzima u obzir usvojena ogranienja i usvojeni cilj, i da je uzvetaj transparentan i konzistentan. 4.2 ANALIZA INVENTARA Druga faza u oceni ivotnog ciklusa je analiza inventara (engl. Life-Cycle Inventory, skraeno LCI, [3]) i ona ukljuuje prikupljanje podataka i procedure prorauna za kvantifikaciju relevantnih ulaza i izlaza sistema, odnosno betonskog elementa, betonske konstrukcije, cele zgrade ili drugog graevinskog objekta tokom itavog njegovog ivotnog ciklusa. Da bi se ova faza uspeno obavila, potrebno je napraviti dijagram toka za razmatrani proizvod, primer prikazan na slici 2. Svaka od faza prikazanih na slici moe se sastojati od vie razliitih jedininih procesa, recimo proizvodnja razliitih vrsta sirovina potrebnih za fazu proizvodnje materiajla. Pojedine faze esto su povezane transportnim procesima. Sastavljanje odgovarajueg dijagrama toka ili dijagrama procesa je od sutinske vanosti za uspenost LCA studije, jer od toga zavisi da li su svi relevantni procesi stvarno i ukljuenu u analizu. Proces ocene uticaja na ivotnu sredinu zahteva ulazne podatke u vezi korienih graevinskih materijala i tehnolokih procesa u toku ivotnog ciklusa jedne konstrukcije. Potrebni podaci se najee zasnivaju na statistikoj obradi uticaja tetnih po ivotnu sredinu a koji su posledica proizvodnje i upotrebe konstrukcije - kao recimo, utroena energija i sirovine, emisije gasova (CO2, SO2 itd.), koliina otpada itd. Karakteristike materijala i procesa od uticaja po ivotnu sredinu najee su ugraene u razliite alate za ocenu uticaja [5] kao (i) tampani katalozi, (ii) digitalne baze podataka ili (iii) unutranje baze podataka sloenih programa za izvoenje LCA. Navode se dva (od mnogih) primera: -sistem GEMIS [6] ima bazu podataka koja sadri ekoloke i ekonomske podatke za energiju, materijale i transportne sisteme, recimo za fosilna goriva, nuklearnu energiju, procese vezane za dobijanje elektrine energije i toplote, sirovine i transport. Ova baza podataka sadri informacije o emisiji tetnih gasova, tenom i vrstom otpadu i korienju zemljita. -softerski paket SimaPro i Eco-indikator 99 [7] (za sprovoenje LCA) koji su povezani sa velikom bazom podataka ECO Invent u kojoj se mogu nai podaci vezani za razliite materijale i procese. Prikupljanje podataka je najee najzahtevniji deo ocene ivotnog ciklusa, pogotovo ako se zahtevaju specifini podaci za sve jedinine procese. U pojednostavljenim i konceptualnim LCA, osrednjeni podaci se mogu koristiti za sticanje prvog utiska o potencijalnim ulazima i izlazima pri proizvodnji odreenog materijala. Osrednjeni podaci se mogu uzeti iz literature (ranija istraivanja slinog proizvoda ili materijala). Kako su ovi podaci najee stari nekoliko godina i ne pretstavljaju poslednje u tehnolokom razvoju, ne koriste se za detaljne LCA. Rezultat prikupljanja podataka moe biti tabela inventara, kao tabela 6.

5

4.3 OCENA UTICAJA IVOTNOG CIKLUSA Ocena uticaja vri se na osnovu prikupljenih podataka u okviru analize inventara i sastoji se od [3] definicije kategorija, klasifikacije, karakterizacije ili normalizacije i vrednovanja. Prema ISO 14000, vrednovanje nije obavezni deo LCA studije. 4.3.1 Definicija kategorija uticaja Dosada su predloene brojne kategorije uticaja za ocenu ivotnog ciklusa proizvoda ili procesa. Kada se radi o betonskim konstrukcijama, one u toku ivota izazivaju razliite uticaje na ivotnu sredinu koji se najee izraavaju kroz sledee kategorije: globalno otopljavanje, zakiseljavanje, eutrofikacija, fotohemijsko formiranje ozona (smog), smanjenje neobnovljivih sirovina (kamen, pesak, boksit, bakar, gvoe itd.), smanjenje neobnovljivih izvora energije (nafta, prirodni gas, ugalj), odlaganje otpada, buka i praina. 4.3.2 Klasifikacija i karakterizacija Drugi element u proceni uticaja ivotnog ciklusa je klasifikacija ulaznih i izlaznih podataka inventara. Klasifikacija je uglavnom kvalitativan korak zasnovan na naunoj analizi znaajnih procesa u ivotnoj sredini. U okviru ove faze potrebno je ulazne i izlazne podatke inventara dodeliti pojedinim kategorijama uticaja. Kao trei element, ocena uticaja ivotnog ciklusa sadri karakterizaciju podataka iz inventara. Karakterizacija je uglavnom kvantitativan korak zasnovan na naunoj analizi procesa u ivotnoj sredini. Karakterizacijom se izabranoj kategoriji uticaja dodeljuje relativan doprinos svih ulaza i izlaza. Potencijalni doprinos (uee) svakog ulaza i izlaza odreenoj kategoriji izraava se kroz karakterizacione faktore. Ukupni uticaj se sraunava tako to se substance koje ga izazivaju mnoe svojim karakterizacionim faktorima i sabiraju; to je u stvari sraunavanje pojedinih kategorija uticaja, na osnovu potencijala substanci koji taj uticaj izazivaju. 4.3.2.1 Kategorije globalnih uticaja U globalne uticaje spadaju globalno otopljavanje, smanjenje sirovina i izvora energije [8]. Globalno otopljavanje ili efekat staklene bate je efekat poveanja temperature u niim slojevima atmosfere. Povrina zemlje u normalnim uslovima reflektuje sunevu radijaciju, ali velika koncentracija ugljen dioksida i ostalih gasova staklene bate u atmosferi, deo reflektovane radijacije vraa u nie slojeve atmosfere, to izaziva poveanje temperature iznad normalnog nivoa. Mogue posledice ovog efekta su topljenje polarnih ledenih kapa i poveanje nivoa mora. Poveanje temperature takoe moe imati za posledicu i regionalne klimatske promene. Globalno otopljavanje (engl. global warming GW) je veliina koja se numeriki izraava preko potencijala globalnog otopljavanja supstanci koje imaju isti efekat na refleksiju suneve toplotne radijacije kao ugljen dioksid. Potencijali globalnog otopljavanja ovih supstanci (gasova staklene bate) se izraavaju kao CO2-ekvivalenti, odnosno njihov efekat se izraava relativno u odnosu na efekat ugljen dioksida. U gasove staklene bate, pored ugljen dioksida, spadaju metan CH4, azot dioksid NO2, hlorofluorougljenici CFC, HCFC, HFC i drugi. Potencijali globalnog otopljavanja za navedene gasove raunaju se za vremenske periode od 20, 100 i 500 godina i dati su u tabeli 1 [3]. Tabela 1. Potencijali globalnog otopljavanja (GWP) izraeni u g CO2-eq./g gasaSubstanca Emisije u vazduh Ugljen dioksid Metan Azot dioksid Hlorofluorougljenici Hidrohlorofluorougljenici Hidrofluorougljenici Formula GWP, 20 godina 1 62 290 5000-8100 300-4300 460-9200 GWP, 100 godina 1 25 320 4000-11700 90-2000 140-12100 GWP, 500 godina 1 7.5 180 1400-13000 30-630 44-9900

CO2 CH4 NO2 CFC HCFC HFC

Globalno otopljavanje ili efekat staklene bate jednog procesa se sraunava mnoenjem koliine emitovanog gasa po jedinici proizvedenog materijala i njegovog potencijala izraenog u g CO2-eq./g gasa, i to za sve emitovane gasove. Sabiranjem doprinosa svih gasova, dobija se ukupno globalno otopljavanje:

6

GW ( gCO 2 eq.) = GWPi mii

(1)

Smanjenje sirovina i izvora energije raunaju se kao ukupna potronja sirovina, odnosno ukupna potronja energije u toku celog ivotnog ciklusa. Sirovine koje se koriste u velikim koliinama su kamen, krenjak, pesak, gvoe. Graevinska industrija je takoe veliki potroa energije, i to pre svega fosilnih goriva-uglja i nafte, a zatim i elektrine energije. 4.3.2.2 Kategorije regionalnih uticaja U regionalne uticaje spadaju: eutrofikacija, zakiseljavanje, fotohemijsko formiranje ozona i odlaganje otpada [8]. Eutrofikaciju vodenih i zemljinih eko-sistema izazivaju azot, fosfor i razgradljive organske supstance. Definie se kao poveanje sadraja hranljivih sastojaka u vodenim eko-sistemima koje dovodi do poveane produkcije planktona i algi i opadanja kvaliteta vode. Efekti eutrofikacije u zemljinim ekosistemima se mogu videti u poremeaju funkcije i broja razliitih vrsta u sistemima siromanim hranljivim materijama, kao to su recimo pustinje i movare i one su izazvane taloenjem azotnih jedinjenja u atmosferi. Eutrofikacija (engl. eutrophication - E) je veliina koja se numeriki izraava preko potencijala eutrofikacije supstanci koje imaju isti efekat kao fosfati PO4-3. Potencijali eutrofikacije ovih supstanci se izraavaju kao PO4-3-ekvivalenti i prikazani su u tabeli 2 [3]. Tabela 2. Potencijali eutrofikacije (EP) izraeni u g PO4-3-eq./g odgovarajue substanceSubstanca Emisije u vazduh N NOx NH3 Emisije u vodu N NO3 NH4 P COD PO4-3 EP g PO4-3-eq./g 0.42 0.13 0.35 0.42 0.1 0.33 3.06 0.022 1

Eutrofikacija procesa se izraava kao:

E ( gPO43 eq.) = EPi mii

(2)

Zakiseljavanje izaziva oslobaanje protona u zemljinim i vodenim eko-sistemima. Efekti su najvidljiviji u umama i poinju kao nedovoljan rast a zavravaju se potpunim odumiranjem. Slino, u jezerima koja su kisela odumire sav ivi svet. Kisele kie su takoe jedna od posledica, a ovim su pogoeni i graevinski objekti. U substance koje izazivaju zakiseljavanje (oslobaaju vodonikove jone u okolinu) spadaju sumpor oksidi (SO2 i SO3), azot oksidi NOx, amonijak NH3, hlorovodonik HCl, ali i druga sumporna jedinjenja i kiseline. Zakiseljavanje (engl. acidification - A) se izraava u SO2-ekvivalentima a potencijali zakiseljavanja nekih od substanci koje izazivaju ovaj efekat dati su u tabeli 3 [3]. Zakiseljavanje jednog procesa rauna se sabiranjem ovih potencijala za substance koje se emituju u tom procesu:

A( gSO2 eq.) = APi mii

(3)

Fotohemijsko formiranje ozona (smog kao lokalni uticaj, odnosno troposferski ozon kao regionalni uticaj) nastaje kao posledica degradacije nepostojanih organskih jedinjenja u prisusutvu azot oksida NOx. Izlaganje biljaka ozonu dovodi do oteenja povrine listova i njihovog odumiranja. Izlaganje ljudi ozonu izaziva iritaciju oiju, respiratorne probleme i moe dovesti do hroninih oteenja respiratornog sistema oveka.

7

Tabela 3. Potencijali zakiseljavanja (AP) izraeni u g SO2-eq./g odgovarajue substanceSubstanca Emisije u vazduh Sumpor dioksid Sumpor trioksid Azot dioksid Azot oksid Hlorovodonik Amonijak Formula AP g SO2-eq./g 1 0.8 0.7 1.07 0.88 1.88

SO2 SO3 NO2 NO HCl NH3

Fotohemijsko formiranje ozona (engl. photochemical oxidant formation-POC) je veliina koja se numeriki izraava preko potencijala fotohemijskog formiranja ozona pojedinih supstanci, a on se izraava kao C2H4-ekvivalent (eten). U substance koje izazivaju fotohemijsko formiranje ozona spadaju, pored nepostojanih organskih substanci, ugljen monoksid i metan. U tabeli 4 dati su potencijali fotohemijskog formiranja ozona izraeni u C2H4-ekvivalentima [3]. Tabela 4. Potencijali fotohemijskog formiranja ozona (POCP) izraeni u g C2H4-eq./gSubstanca Emisije u vazduh C2H4 CO CH4 Organska jedinjenja, proseno POCP g C2H4-eq./g 1 0.032 0.007 0.409

Fotohemijsko formiranje ozona odreenog procesa rauna se sabiranjem ovih potencijala relevantnih substanci:

POC ( gC 2 H 4 eq.) = POCPi mii

(4)

4.3.2.3 Kategorije lokalnih uticaja U ove uticaje spadaju pre svega buka, praina i vibracije, odnosno ovi uticaji su uglavnom vezani za gradilite [8]. Nivo buke i koliina praine i ostalih sitnih estica izazivaju oteenja sluha, respiratorne i druge zdravstvene probleme kod radnika na gradilitu i okoline. Ove veliine (nivo buke i koliina sitnih estica) mogu biti regulisane i zakonom. S druge strane, vibracije koje su posledica rada tekih maina, mogu otetiti konstrukciju i izazvati neprijatnosti kod suseda. I vibracije, u zavisnosti od konkretnog sluaja, treba ograniiti. 4.3.2 Vrednovanje Karakterizacija rezultira u kvantitativnom odreivanju razliitih kategorija uticaja, ali njihovo poreenje jo uvek nije mogue poto su izraeni u razliitim jedinicama. Zato ocena uticaja ivotnog ciklusa ukljuuje i etvrti element, vrednovanje (odmeravanje) kategorija uticaja izmeu sebe. Vrednovanje je kvalitativan ili kvantitativan korak koji ne mora biti nauno zasnovan, ve se moe zasnivati na politikim, drutvenim ili etikim vrednostima. Vrednovanje ima za cilj da rangira ili, ako je mogue da sakupi kategorije uticaja razliitih ocena ivotnog ciklusa, kako bi se dolo do relativnog znaaja razliitih kategorija uticaja. Mogue je takoe i izabrati objekte zatite pa izvriti njihovo meusobmo vrednovanje, odnosno za svaki objekat zatite odrediti faktor vrednovanja koji izraava relativan znaaj tog objekta u odnosu na ostale [9]. Objekti zatite mogu na primer biti ljudsko zdravlje, eko-sistemi, sirovine, primatni kapacitet proizvodnje itd. U tom sluaju se kategorije uticaja grupiu prema tome da li izazivaju oteenja ljudskog zdravlja, eko-sistema, sirovina itd. i potom vri vrednovanje. Vrednovanje je postupak slian karakterizaciji, odnosno sada se stepen uticaja svake oblasti (zdravlje ljudi, eko-sistemi..) mnoi faktorom vrednovanja, sabiraju se i rezultat je jedan broj ekoloki indeks, eko-indikator, slika 4.

8

Inventar

Kategorija uticaja

Objekti zatite

Indeks

CO2 SOx NOx Total-N Total-P VOC Nafta Ugalj Gvoe Otpad .....

Globalno otopljavanje Zakiseljavanje Eutrofikacija Fotohemijsko formiranje ozona Potronja energije Potronja sirovina Otpad .....

Ljudsko zdravlje Eko-sistemi Sirovine Primarni kapacitet proizvodnje

Jedinstveni indeks

Klasifikacija Karakterizacija

Grupisanje

Integracija

Slika 4. Primer karakterizacije, klasifikacije i vrednovanja u okviru ocene uticaja ivotnog ciklusa U poslednjih deset godina razvijen je veliki broj metoda i softvera za evaluaciju uticaja na ivotnu sredinu. Osnovna razlika izmeu metoda i modela koji se koriste u razliitim kompjuterskim programima je u definisanom cilju i obimu kao i nivou odgovarajueg modela. Neki modeli su fokusirani na evaluaciju uticaja konstrukcije koji se zasniva na korienim materijalima i elementima (recimo BEES, ENVEST, ECOQUANTUM, [1]), neki na evaluaciji razliitih industrijskih procesa (recimo GEMIS, SimaPro), neki su fokusirani na optije aspekte odrivosti konstruktivnih elemenata i zgrada (kao GBTool, BREEAM, LEED, [1]). SimaPro LCA program [7] predstavlja sloeni alat za prikupljanje, analizu i praenje podataka vezanih za uticaj na ivotnu sredinu raznih proizvoda i procesa. Uz pomo ovog softvera mogue je modelirati i analizirati kompleksne ivotne cikluse na transparentan nain i u skladu sa ISO 14000 principima. Program ukljuuje bazu podataka sa podacima za najee koriene materijale i procese. U okviru SimaPro programa [7] postoji nekoliko metodologija vrednovanja za ocenu uticaja: Ekoindikator metod [9], EPS2000, EDIP, Ekopoeni. U zavisnosti od specifinih aspekata LCA studije, bira se odgovarajui metod ocene. Na osnovu ovog programa, razvijen je program EcoQuantum specijalno za graevinsku industriju. 4.4 INTERPRETACIJA Poslednja faza LCA ocene je faza interpretacije u kojoj se rezultati analize inventara i ocene uticaja kombinuju u skladu sa postavljenim ciljem i obimom, da bi se doneli zakljuci i preporuke. 5 ZAHTEVI Zahtevi koje betonska konstrukcija treba da ispuni s obzirom na njen uticaj na ivotnu sredinu definiu se zakonima i propisima koji se odnose na zatitu ivotne sredine. U tom pogledu, postoje meunarodna uputstva i preporuke koja se odnose na globalne, regionalne i lokalne uticaje. To su najee dokumenta Ujedinjenih nacija, kao to je uveni Kyoto Protokol o klimatskim promenama. Pored ovih, postoje regionalni i nacionalni zakoni koji reguliu ovu oblast, kao i standardi koji zapravo sadre zahteve. Ovde e biti naveden primer Japana koji je u tom pogledu najvie napredovao, tabela 5 [5]. U Srbiji su krajem 2004. godine doneta etiri nova zakona, usklaena sa zakonodavstvom EU: Zakon o zatiti ivotne sredine, Zakon o integrisanom spreavanju i kontroli zagaivanja ivotne sredine, Zakon o stratekoj proceni uticaja na ivotnu sredinu i Zakon o proceni uticaja na ivotnu sredinu. Za projekte koji se planiraju i realizuju, ukljuujui promene tehnologije, rekonstrukcije, proirenje kapaciteta ili prestanak rada, koji mogu dovesti do znaajnog zagaivanja ivotne sredine ili predstavljaju rizik po zdravlje ljudi, obavezna je procena uticaja projekta na ivotnu sredinu.

9

Tabela 5. Zakoni i standardi u Japanu [5]Uticaj Zatita ivotne sredine uopte Globalni Globalno uticaji otopljavanje Potronja energije Smanjenje ozonskog omotaa Zagaenje vazduha Zakoni i standardi Osnovni zakon o zatiti ivotne sredine (1993) Zakon o merama protiv globalnog otopljavanja (1998) Set planova koji sadre mere za smanjenje emisije ugljen dioksida Zakon o racionalizaciji potronje energije (1979) Set planova koji sadre mere o potronji energije Zakon o fluorougljenicima (2001)

Regionalni uticaji

Zagaenje vode Zagaenje tla Buka, vibracije Otpad

Lokalni uticaji

Flora i fauna

Zakon o zagaenju vazduha (1968) Zakon o specijalnim merama za redukciju emisija azot oksida i estica (2001): Standard o emisiji azot oksida za kamione (max 5.9 g/kWh za kamione teine preko 3.5t) Standard o emisiji sitnih estica za kamione (max 0.49 g/kWh za kamione teine preko 3.5t) Zakon o zagaenju vode (1968) Standard o emisiji hromata (2004): max 0.5 mg/L Zakon o merama protiv zagaenja tla (2002) Standard o emisiji hromata (2004): max 0.05 mg/L Zakon o regulaciji buke, Zakon o regulaciji vibracija (1968) Kriterijum nivoa buke u industrijskim zonama: max 70 dB danju Zakon o odlaganju otpada (1970) Zakon o efikasnom korienju sirovina (1991) Naredba Ministarstva (2001) o ogranienju koliine otpada: max 1000 t/godinje za obian industrijski otpad Zakon o odranju prirode

Procena uticaja projekta na ivotnu sredinu obuhvata projekte iz oblasti industrije, saobraaja, turizma, energetike, poljoprivrede, umarstva, vodoprivrede i komunalnih delatnosti. Prema zakonu o proceni uticaja na ivotnu sredinu, Vlada Republike Srbije propisuje listu projekata za koje je obavezna procena, i listu projekata za koje se moe zahtevati procena uticaja. Nadleni organ (Ministarstvo, organ lokalne samouprave) odluuje o potrebi procene uticaja za projekte za koje se ona moe zahtevati. Na navedenim listama nalaze se praktino svi graevinski objekti, osim stambenih zgrada. Procena uticaja projekta na ivotnu sredinu je sastavni deo tehnike dokumentacije, bez koje se ne moe pristupiti izvoenju projekta. 6 PRIMER U ovom poglavlju su prikazani rezultati uporedne analize ocene uticaja na ivotnu sredinu betona sa recikliranim i betona sa prirodnim agregatom [10]. Cilj ove studije je da se uporedi uticaj na ivotnu sredinu betonske konstrukcije napravljene od betona sa krupnim recikliranim i sitnim prirodnim agregatom i betonske konstrukcije napravljene od betona sa kompletno prirodnim agregatom. Cilj odreuje obim, odnosno granice sistema pa je analiziran ivotni ciklus prikazan na slici 5. Da bi se izvela uporedna analiza, odreen je sastav betona na bazi recikliranog agregata i betona na bazi prirodnog agregata tako da obe vrste betona imaju istu vrstou pri pritisku i istu ugradljivost. Pod ovom pretpostavkom i pretpostavkom da betonska konstrukcija nee biti izloena agresivnoj sredini, uticaj faza ivotnog ciklusa: izvoenje, upotreba, odravanje i ruenje bie slian za obe vrste betona i ne mora se uzeti u obzir u uporednoj analizi. Za funkcionalnu jedinicu izabran je 1 m3 betona. Vrsta transportnog sredstva i transportne daljine usvojene su kao da se radi o gradilitu u Beogradu: 1. cement se transportuje kamionima na daljinu od 150 km; 2. prirodni reni agregat se transportuje brodovima na daljinu od 100 km; 3. reciklirani agregat se transportuje kamionima na daljinu od 15 km;

10

4. beton se transportuje mikserima na daljinu od 10 km.

Slika 5. ivotni ciklus betona Svi podaci vezani za proizvodnju komponenata betona (agregat, cement) i proizvodnju betona dobijeni su od srpskih proizvoaa [11]. Podaci koji se odnose na proizvodnju energenata (struja, dizel, prirodni gas) kao i emisije pri transportu, uzete su iz baze podataka programa SimaPro [7] (za struju podaci za bivu Jugoslaviju), odnosno iz baze podataka programa Gemis [6] (dizel, prirodni gas i transport za zemlje u razvoju). U tabelama 6 i 7 prikazana je kumulativna potronja energije i emisije gasova u vazduh za 1 m3 betona sa prirodnim agregatom i betona sa recikliranim agregatom, respektivno (tabele inventara). Tabela 6. Tabela inventara po 1m3 betona sa prirodnim agregatomCement (kg) 315.00 Energija (MJ) Ugalj 1061.594 Dizel 7.676 Prirodni gas 26.201 Struja 159.917 Emisije u vazduh (g) CO 1324.016 NOx 717.906 SOx 1148.789 CH4 315.866 CO2 271278.882 N2O 0.238 HCl 21.357 HC 0.183 NMVOC 10.941 estice 224.274 Agregat (kg) PA: 1879.00 Beton 1 m3 Transport 1 m3 Ukupno

27.772 20.069 6.530 29.273 10.235 2.435 2589.123 0.103 0.723 13.224 98.754 0.433 5698.210 0.029 2.680 0.023 0.071 11.991

267.187

1061.594 302.635 26.201 179.986 1398.104 935.623 1333.364 339.628 298823.953 0.928 24.037 0.206 44.275 281.376

66.836 175.220 75.587 20.894 19257.738 0.557

0.737 2.734

32.527 42.377

Za kategorije uticaja izabrane su: ukupna potronja energije, globalno otopljavanje, eutrofikacija, zakiseljavanje i fotohemijsko formiranje ozona. Sraunate kategorije uticaja prikazane su u tabelama 8 i 9 za beton sa prirodnim i beton sa recikliranim agregatom.

11

Tabela 7. Tabela inventara po 1m3 betona sa recikliranim agregatomCement (kg) 330.00 Energija (MJ) Ugalj 1112.146 Dizel 8.042 Prirodni gas 27.449 Struja 167.532 Emisije u vazduh (g) CO 1387.064 NOx 752.092 SOx 1203.493 CH4 330.907 CO2 284196.924 N2O 0.249 HCl 22.374 HC 0.191 NMVOC 11.462 estice 234.954 Agregat (kg) RA: 1115.00 PA: 601.00 Beton 1 m3 Transport 1 m3 Ukupno

20.271

8.883 20.069

248.629

1112.146 285.824 27.449 187.601 1457.429 951.398 1383.014 353.372 310149.505 0.903 25.054 0.214 43.718 276.322

4.766 21.367 7.470 1.777 1536.387 0.075

2.088 9.363 3.274 0.779 828.134 0.033

0.537 1.995

0.236 0.874

0.723 13.224 98.754 0.433 5698.210 0.029 2.680 0.023 0.071 11.991

62.788 155.351 70.024 19.476 17889.850 0.516

31.413 26.507

Tabela 8. Kategorije uticaja po 1 m3 betona sa prirodnim agregatomKategorija uticaja Cement Agregat Beton Transport Ukupno Potronja energije MJ 1255.388 27.772 20.069 267.187 1570.415 Globalno otopljavanje g CO2-eq. 279251.727 2683.073 5718.354 19958.410 307611.565 Eutrofikacija g PO4-3-eq. 93.328 3.805 1.719 22.779 121.631 Zakiseljavanje g SO2-eq. 1670.117 30.726 110.369 198.241 2009.453 POC g C2H4-eq. 49.054 0.527 0.055 15.589 65.225

Tabela 9. Kategorije uticaja po 1 m3 betona sa recikliranim agregatomKategorija uticaja Cement Agregat Beton Transport Ukupno Potronja energije MJ 1315.168 29.153 20.069 248.629 1613.019 Globalno otopljavanje g CO2-eq. 292549.429 2462.935 5718.354 18541.993 319272.711 Eutrofikacija g PO4-3-eq. 97.772 3.995 1.719 20.196 123.682 Zakiseljavanje g SO2-eq. 1749.647 32.255 110.369 178.770 2071.040 POC g C2H4-eq. 51.390 0.553 0.055 14.994 66.992

Na slikama 6, 7, 8, 9, i 10 su prikazani: ukupna potronja energije i kategorije uticaja, po pojedinim fazama ivotnog ciklusa i ukupno, koji su analizirani za obe vrste betona. U svim analiziranim kategorijama uticaja na ivotnu sredinu daleko najvee uee ima proizvodnja cementa za obe vrste betona. Ona izaziva oko 80% ukupne potronje energije, 91% ukupnog globalnog otopljavanja, 77% ukupne eutrofikacije, 83% ukupnog zakiseljavanja i 75% ukupnog fotohemijskog formiranja ozona kod betona sa prirodnim agregatom. Osnovni razlog za ovakvu situaciju je velika

12

emisija CO2 tokom proizvodnje klinkera (kalcinacija) i upotreba fosilnih goriva-uglja u tom procesu. Uee proizvodnje agregata i betona u navedenim kategorijama uticaja je veoma malo.

2000 1500 1000 500 0 Cement Agregat BPA BRA

Potronja energije (MJ)

Beton

Transport

Ukupno

Slika 6. Uee pojedinih faza u ukupnoj potronji energije

400000 300000 200000 100000 0 Cement Agregat BPA BRA

Globalno otopljavanje (g CO2-eq.)

Beton

Transport

Ukupno

Slika 7. Uee pojedinih faza u ukupnom globalnom otopljavanju

150 125 100 75 50 25 0 Cement Agregat BPA BRA

Eutrofikacija (g PO4-3-eq.)

Beton

Transport

Ukupno

Slika 8. Uee pojedinih faza u ukupnoj eutrofikaciji2500 2000 1500 1000 500 0Cement Agregat Beton Transport Ukupno

Zakiseljavanje (g SO2-eq.) BPA BRA

Slika 9. Uee pojedinih faza u ukupnom zakiseljavanju

13

75 50 25 0 Cement Agregat BPA BRA

POC (g C2H4-eq.)

Beton

Transport

Ukupno

Slika 10. Uee pojedinih faza u ukupnom POC Faza transporta meutim, moe imati znaajno uee u pojedinim kategorijama uticaja, naroito kada su u pitanju POC i E. Uticaj transporta direktna je funkcija duine transporta, i za transportne daljine vee od onih koje su u ovoj studiji usvojene, mogue je da uee transporta premai uee proizvodnje cementa u pojedinim kategorijama uticaja. Takoe, sa slika 6-10 se moe videti da je uticaj na ivotnu sredinu betona na bazi recikliranog agregata, posmatrano kroz ukupne vrednosti razmatranih kategorija uticaja, zanemarljivo vei od uticaja betona sa prirodnim agregatom. Poto su razmatrane kategorije uticaja priblino iste za obe vrste betona, korist od recikliranja u smislu smanjenja otpada i ouvanja prirodnih resursa moe se u potpunosti realizovati. 7 ZAKLJUAK Uzimajui u obzir koliinu proizvedenog betona i broj izgraenih betonskih konstrukcija u toku poslednje decenije, problem njihovog uticaja na ivotnu sredinu ini znaajan deo globalnog problema odrivog razvoja. Danas je proizvodnja betona u svetu oko 6 milijardi tona godinje, a cementa preko 2 milijarde tona. Koliina tetnih uticaja od betona je u poreenju sa drugim graevinskim materijalima mala, ali zbog velike proizvodnje, ukupni negativni uticaj betonskih konstrukcija na ivotnu sredinu je znaajan. Zato se danas velika panja posveuje projektovanju betonskih konstrukcija s obzirom na njihov uticaj na ivotnu sredinu, sa ciljem da se taj uticaj u toku celog ivotnog ciklusa, svede na najmanju moguu meru. Svako unapreenje principa projektovanja, metodologije ocene, tehnologija graenja ili ruenja kao i upravljanja eksploatacijom betonskih konstrukcija, obezbeuje znaajan doprinos optem cilju: postizanju procesa odrivog razvoja. Da bi se to postiglo, potrebno je poznavati metodologije ocene ivotnog ciklusa, pre svega ocene uticaja na ivotnu sredinu. Meu njima najee koriena metodologija Ocene ivotnog ciklusa (Life Cycle Assessment) prema ISO 14000 je predstavljena u ovom radu. LITERATURA [1] Environmental Design / fib Task Group 3.3 // International Federation for Structural Concrete fib, 2004, Lausanne, Switzerland, s.74. [2] Savremeni koncept projektovanja i graenja betonskih konstrukcija / S. Marinkovi, I. Ignjatovi // Graevinski kalendar 2008, Vol.40, Savez graevinskih inenjera Srbije, 2008, Beograd, s. 181-233. [3] Life Cycle Assessment. A guide to approaches, experiences and information sources. / Jensen, A.A. et al. // Environmental Issues Series no.6., European Environment Agency, 1997, s.116. [4] Environmental management-Life cycle assessment / ISO 14040, ISO 14041, ISO 14042, ISO 14043 : set of International Standards, CEN, 1997-2001. [5] Environmental Design of Concrete Structures / fib Task Group 3.6 // International Federation for Structural Concrete fib, 2008, Lausanne, Switzerland, 2009. [6] Global emission Model for Integrated Systems GEMIS / Oeko Institut // URL: http://www.oeko.de/service/gemis/en/index.htm , 2008. [7] SimaPro 5 and other life cycle tools by PRe Consultants./ PRe Consultants // URL: www.pre.nl , 2007.

14

Projektovanje betonskih konstrukcija s obzirom na njihov uticaj na ivotnu sredinu / S. Marinkovi// Simpozijum Drutva graevinskih konstruktera Srbije, 24-26. septembar, 2008 Zlatibor, uvodno predavanje po pozivu, Zbornik saoptenja, s. 111-124. [9] The Eco-Indicator 99: A damage oriented method for Life Cycle Impact Assessment - Methodology Report / M. Goedkoop, R. Spriensma // PRe Consultants b.v., The Netherlands, 2001, s. 132. [10] Properties and environmental impact of recycled aggregate concrete for structural use / S. Marinkovi, V. Radonjanin, M. Maleev, I. Ignjatovi // Proceedings of Seminar of COST action C25: Sustainability of Constructions-Integrated Approach to Life-time Structural Engineering, October 23-24, 2009, Timisoara, Romania, s. 225-236. [11] Life-Cycle Environmental Impact Assessment of Concrete / S. Marinkovi, V. Radonjanin, M. Maleev, I. Luki // Proceedings of Seminar of COST action C25: Sustainability of ConstructionsIntegrated Approach to Life-time Structural Engineering, October 6-7, 2008, Dresden, Germany, s. 3.5-3.16.

[8]

15