FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2019
176 городов
September – November 2019
312 cities
11-13 октября 2019
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры

Оценки жизненных циклов.

Количественные оценки энергоемкости материалов полезны и показательны; они хороши как дополнение к стандартному массо-стоимостному анализу материальных потоков. Но не нужно долго размышлять, чтобы понять: даже сочетание массы, стоимости и энергии не дает достаточных оснований для сбалансированной и сознательной оценки, так как при таком анализе из виду упускается широкая категория воздействий на окружающую среду. Более того, такая оценка не должна ограничиваться затратами и влиянием на стадии производства, так как многие материалы становятся частью изделий или сооружений, служащих годами и десятилетиями; полностью их последствия можно оценить только в долгосрочной перспективе. Как заявляет ОЭСР, «все фазы организованной материи и энергии, каким-либо образом связанные с производством и использованием продукта, могут также быть ассоциированы с воздействием на окружающую среду» (OECD, 1995). Есть и научная дисциплина, которая занимается именно количественной оценкой показателей воздействия, которое тот или иной материал в течение всего срока своего существования оказывает на окружающую среду. Она называется оценкой (или анализом) жизненного цикла, ОЖЦ. Теперь это широко признанная процедура, которая была кодифицирована в рамках международных стандартов экологического менеджмента, используемых при оценке экологической нагрузки, связанной с производством, использованием, утилизацией или повторным использованием различной продукции, а также с предоставлением услуг (ISO, 2006 a, b). ОЖЦ уже стала полноценной и зрелой научной дисциплиной с собственным периодическим изданием, которое называется «Международный журнал оценки жизненного цикла» (англ. International Journal of Life Cycle Assessment), публикуется с 1995 года; также выпущено множество методологических указаний (Horn и соавт., 2009; Jolliet и соавт., 2013), также имеются обширные базы данных с перечнями жизненных циклов; такие базы ведут Национальная Американская лаборатория возобновляемой энергии (US National Renewable Energy Laboratory) (NREL, 2009; 2013a), Европейская комиссия (EC, 2009) и Швейцарский центр баз данных по жизненным циклам (Swiss Centre for Life Cycle Inventories) (Ecoinvent, 2013). ОЖЦ может охватывать как полный цикл «от колыбели до могилы» (то есть от сырья до окончательной утилизации), так и частичный (то есть цикл жизни готовой продукции до ее дистрибуции на продажу). Базы данных с перечнями содержат информацию по входным и выходным потокам (то есть затратам и результатам производства) многих материалов, но если систематически оценить недавно опубликованные ОЖЦ (поиск которых лучше всего осуществлять на Web of Science), то сразу становится понятно, что выбор объекта оценки (продуктов или процессов) не определяется ни важностью того или иного материала для современной цивилизации (в таком случае в основном бы исследовались сталь, бетон и разного рода пластмассы), ни задачей оценить количественно наиболее тревожные ситуации (что привело бы к избыточному исследованию тяжелых металлов). Напротив, диапазон недавних исследований ОЖЦ весьма широк: ими охвачены наиболее распространенные сельскохозяйственные культуры, продовольствие, включая хлеб, молоко и томаты, системы производства энергии из возобновляемых источников (биомассы, ветра и растительных масел), а также самые разнообразные изделия: от крошечных микрочипов и гранитных тротуаров до целых жилых или офисных зданий. Очевидно, что результаты одних исследований будут достаточно долго оставаться актуальными, а в других случаях потребуется частая переоценка: процесс получения стали непрерывным литьем с использованием доменных и конвертерных печей меняется не так быстро, как технологии производства потребительской электроники. ОЖЦ весьма полезна, но также имеет ряд проблем и нередко осуществляется весьма поверхностно или ограниченно. Конечно, наиболее очевидным полезным аспектом такой оценки является то, что она указывает о стоимости владения продуктом или изделием после его приобретения или установки, а также служит напоминанием о тех нередких ситуациях, в которых затраты на эксплуатацию или использование различной продукции и объектов инфраструктуры значительно превышают расходы на их создание (и связанное с этим влияние на окружающую среду); именно эта информация является ключевой при разработке стратегий рационального реагирования. Эти реалии хорошо иллюстрируются примерами из ОЖЦ различных объектов и процессов, от зданий и автомобилей до пошива и стирки одежды. С учетом различий в размерах домов, а также в энергоемкости древесины, стали и бетона — трех основных конструкционных материалов в современном жилищном строительстве — не вызывает удивления тот факт, что пожизненные энергозатраты на строительство, поддержание, эксплуатацию и снов жилых строений могут различаться трехкратно, составляя от 3 до 9 ГДж/м2 . Неудивительно и то, что энергоемкость дома на одну семью может составлять от 200 ГДж у небольшой деревянной постройки до 500 ГДж (средний показатель для данной категории вообще) у бунгало с деревянным каркасом и тремя спальнями, или вовсе превосходить 2 ТДж у больших домов или двухэтажных особняков (Canadian Wood Council, 2004; Smil, 2008). Стремление к экономии энергии в доме путем контроля температуры, вентиляции и уровня влажности привело к ужесточению строительных норм и правил, а также к применению широкого спектра изоляционных материалов. Стекловолокно, пенопласты, засыпная изоляция из растительных волокон и целлюлозы — все это повсеместно используется для изоляции стен и потолков; пластиковые листы и пленки защищают от влаги, а газобетон и гипсовые плиты позволяют снизить уровень шума. Как и следовало ожидать, из ОЖЦ жилых домов в зонах с холодным климатом становится ясно: энергоемкость строительства очень мала на фоне общих затрат энергии за время эксплуатации дома. ОЖЦ трех типов жилых зданий (с бетонными, стальными и деревянными каркасами) Пекина (где летом жарко, а зимой очень холодно) демонстрируют следующую тенденцию: энергоемкость зданий не превышает 13–27% от суммарных затрат энергии за время эксплуатации (Gong и соавт., 2011). Даже если взять большой канадский дом площадью 200 м2 , то на его постройку уйдет примерно 1,5 ТДж, а вот на обогрев и освещение (около 25 Вт/м2 ) за 60 лет израсходуется примерно 9,5 ТДж, то есть доля строительства в общих энергозатратах составит всего 14%. Совпадение или нет, но такая же доля отмечается у среднегабаритных американских автомобилей: на производство уходит около 100 ГДж, а вот при расходе 8 литров на 100 км и годовом пробеге 20 000 км, за 10 лет авто израсходует порядка 550 ГДж энергии, полученной из топлива и масла — то есть изначальный выпуск машины затрачивает всего около 15% общих энергозатрат  (и даже меньше, если включить в расчеты ремонт и содержание в гараже) (Smil, 2008). Относительная энергоемкость оказывается еще ниже в жизненных циклах транспортных средств непрерывной эксплуатации, составляя 6–7% от общих энергозатрат у реактивных самолетов, товарных поездов и грузовых судов (Allwood и Cullen, 2012). Однако разграничение первоначальных и эксплуатационных расходов не всегда однозначно. В нескольких ОЖЦ их авторы пришли к выводу, что на эксплуатацию персонального компьютера или ноутбука энергии расходуется существенно больше, чем на его производство — полученное соотношение составляет от 74:26 до 93:7 (Andrae и Andersen, 2010). При этом Уильямс (Williams, 2004) получил совершенно противоположную картину. Согласно его анализу, на производство настольного ПК с процессором Pentium III, 30-гигабайтным жестким диском и монитором с диагональю 42,5 см уходит 6,4 ГДж энергии, при этом за свой трехлетний срок службы такая система расходует примерно 420 кВт·ч электричества или примерно 1,5 ГДж первичной энергии, то есть соотношение затрат на производство и эксплуатацию составляет 81:19. Если же взять компьютер, эксплуатируемый в Швейцарии, то такое соотношение составит 46:54 (Ecoinvent, 2013). Из ОЖЦ также видно, что расходы поддержание и обслуживание многих инфраструктурных объектов в течение срока их службы могут превышать затраты на их строительство. Например, в Канаде, чтобы построить бетонное шоссе с двумя полосами (в каждую сторону) с расчетом на высокую транспортную нагрузку, расходуют порядка 6,7 ТДж/км, ремонт обходится в 4,1 ТДж/км, что составляет 38% от общего расхода 10,8 ТДж/км за 50 лет; однако совершенно другое распределение энергозатрат наблюдается в отношении дорог из гибкого асфальтобетона: 15 ТДж уходит на строительство одного километра, на 16% больше (17,4 ТДж/км) — на ремонтные работы в течение 50 лет (Cement Association of Canada, 2006). Еще одной отличной иллюстрацией проблемы определения границ, отмеченной в начале параграфа об энергозатратах, являются ОЖЦ многократно стираемой одежды, так как изделия из разных материалов различаются в плане долговечности и правил ухода за ними; в итоге полный учет таких реалий может привести к тому, что предпочтительным окажется не дешевый материал, а более энергоемкий, ведь энергозатраты на уход за изделием из более качественных материалов могут в целом быть существенно ниже. Вся Америка носит рабочие рубашки с коротким рукавом (65% ПЭ, 35% хлопок); оценка жизненного цикла такой рубашки, постиранной 52 раза и затем выброшенной, показывает, что из всех связанных с ней энергозатрат на пошив изделия приходится 36%, 26% CO2 -эквивалента, 24% затрат воды (Cartwright и соавт., 2011). Сравнительно-сопоставительный анализ тканей из 100% хлопка, хлопка/полиэстера и 100% полиэстера, проведенный ван Винкле и соавт. (van Winkle и соавт., 1978), стал одним из первых исследований затрат энергии с включением ОЖЦ. Исследователи обнаружили, что на производство полиэстера уходит в два раза больше энергии, чем на производство хлопкового волокна (очевидное преимущество хлопка), однако из-за более высоких расходов на изготовление ткани и пошив одежды общая энергоемкость футболки из хлопка на 20% выше, чем аналогичный показатель такой же футболки из чистого полиэстера; а если учесть энергозатраты на уход — стирку, сушку, глажку — то хлопковая футболка окажется в 3,6 раза более энергоемкой (очевидное преимущество полиэстера). Схожим образом в соответствии с ОЖЦ, выполненной Каллиалой и Ноусиайненом (Kalliala и Nousiainen, 1999), энергозатраты на простыни из чистого хлопка (100 циклов стирки) оказываются на 72% выше затрат на простыни из 50% хлопка и 50% полиэстера, так как последними может пользоваться в два раза дольше. Хлопок оказывается в еще более невыгодном положении при учете неэнергетических факторов: так, расход воды на производство и использование изделий из смеси «хлопок-полиэстер» составляет менее трети аналогичного показателя чистого хлопка; с точки зрения глобального потепления и подкисления совокупное воздействие производства и стирки простыни из смеси на 38% ниже, чем то же значение для двух простыней из чистого хлопка. Можно пойти еще дальше и проанализировать долгосрочные затраты в связи с эрозией почв в хлопковых полях; качество почвы снижается из-за засоления орошаемых полей в засушливых регионах; кроме того, в почвах и водах остаются пестициды (Smil, 2008). Этого можно избежать, если пользоваться синтетическим волокном, однако для его производства нужно невозобновляемое сырье. Но то же самое касается выращивания хлопка: синтез ПЭ расходует примерно 1,5 кг углеводородов на килограмм волокон, однако для получения килограмма хлопка приходится тратить почти 500 г удобрений и 15 г пестицидов, также производимых из углеводородного сырья; кроме того, используемые сельскохозяйственные машины заправляются жидким топливом, производимым из ископаемого сырья. Кроме того, во всех этих сравнительно-сопоставительных исследованиях из внимания упущен один важный момент, а именно — потребительские предпочтения. Неужто превосходное качество хлопковой одежды не следует учитывать? Кроме того, если на основе ОЖЦ сравнивать экологические последствия производства и эксплуатации различных изделий, то их вес, используемый в качестве общего знаменателя, может ввести в заблуждение. Поэтому Шэдман и Макманус (Shadman и McManus, 2004, 1915) посчитали выполненный Уильямсом и соавт. (Williams и соавт., 2002) анализ энергоемкости и материальных затрат производства микрочипов не вполне корректным, заявив, что сравнение на основе одного только веса «ненаучно, неточно и произвольно», так как в таком анализе «не учитываются производительность, полезность и преимущества» сравниваемых продуктов. Конечно, с фундаментальной точки зрения это всего лишь очередной пример упущения качественных характеристик — один из недостатков, присущих ОЖЦ на основе массы. Однако ОЖЦ позволяют сравнивать экологические последствия в пределах одной и той же категории (то есть там, где это возможно, выбрать материал с наименьшим загрязнением воды или наименее вредным и расточительным ее расходом), а также формировать всеобъемлющий рейтинг материалов по нескольким категориям воздействия на окружающую среду. Это важно, так как использование материалов является одним из трех процессов человеческой деятельности, вызывающих значительные изменения в биосфере. Двумя другими процессами являются производство продуктов питания и поставка энергии (где в основном господствуют добыча и сжигание ископаемых видов топлива). Если же рассматривать в комплексе, то замысловатая система добычи, переработки, транспортировки, использования, повторного использования и утилизации материалов охватывает все значимые типы воздействия на окружающую среду, начиная с изменений в землепользовании (от обезлесения ввиду заготовки древесины и производства целлюлозы до разрушения растительного покрова и нарушения круговорота воды из-за массовой поверхностной добычи руд) и заканчивая выбросами в атмосферы (от окисляющих газов до антропогенного потепления). Должен подчеркнуть, что составить рейтинг разных видов воздействия человека на окружающую среду невозможно, так как они различаются самим своим механизмом, качественными последствиями (включая физические изменения, химические преобразования, влияние на структуру и функционирование экосистем), пространственным воздействием (от местного до глобального) и длительностью (от краткосрочных эффектов до тех, которые будут сохраняться тысячелетиями). Нет такой единой метрики, которая позволила бы заявить, что эрозия почвы более критична, чем фотохимический смог, а вырубка тропических лесов куда страшнее, чем чрезмерный расход воды на ирригацию в современном сельском хозяйстве. Очевидно и то, что было бы крайне непрактично производить анализ жизненных циклов с попыткой количественно оценить все известные виды экологического воздействия. Именно поэтому в большинстве исследований используется небольшое число основных показателей изменения или ухудшения состояния окружающей среды. Расчет общего потенциала глобального потепления (ПГП) — относительного показателя интенсивности поглощения конкретными парниковыми газами (ПГ) исходящего земного инфракрасного излучения, а также показателя времени сохранения таких газов в атмосфере — являются общим компонентом многих недавно проведенных ОЖЦ. Все ПГ оцениваются относительно CO2 , ПГП которого приравнивается к 1 (IPCC, 2007). Значения двух других основных ПГ составляют 21 у CH4 и 310 у N2 O, наибольшим эквивалентом отличаются SF6 (гексафторид серы, используется как электроизоляция) — 23 900, и С2 F6 (перфторэтан, используется в производстве электроники) — 11 900. Очевидно, что если упустить значения данных выбросов или недооценить их, то окончательный результат расчета будет искажен. ПГП обычно выражают в эквиваленте СО2 на единицу массы материала (кг СО2 -эквивалента на кг), однако в отношении зданий данные значения могут пересчитать на единицу площади (кг CO2 на м2 ). Расчет начинается с выражения удельных выбросов в тоннах CO2/ТДж энергии; МГЭИК по умолчанию рекомендует использовать следующие значения: 56,1 для природного газа, 73,3 для сырой нефти, 94,6 для битуминозного угля, 101,02 для лигнита, однако фактические значения в пределах государства или даже региона могут различаться на несколько процентов у углеводородов, более чем на 10% у твердого топлива. Так, показатели европейского лигнита варьируются от 90,7 до 124,7 тонны CO2 на ТДж (Herold, 2003). Так как CO2 обычно вносит наибольший вклад в загрязнение атмосферы, именно этот показатель отличается высокой корреляцией с массой ископаемых видов топлива, затраченных в первоначальном производстве. Например, при производстве одного кг цемента в атмосферу выбрасывается порядка 0,5 кг CO2 , а вот при изготовлении килограмма горячекатаной листовой стали из ископаемого топлива высвобождается уже порядка 2,25 кг CO2 (NREL, 2013b). 138 Ñîçäàíèå ñîâðåìåííîãî ìèðà Двумя другими часто оцениваемыми переменными являются подкисление и эвтрофикация. Выбросы серных и азотных оксидов при сжигании ископаемого топлива, выплавке руд и иной промышленно-производственной деятельности являются прекурсорами атмосферных сульфатов и нитратов, которые, откладываясь в жидком и сухом виде, способствуют подкислению вод и почв. В ОЖЦ потенциал подкисления различных продуктов или процессов рассчитывается в граммах водород-ионов на квадратный метр (г H+ /м2 ) или единицу объема воды (г H+ /л). Эвтрофикация — процесс обогащения пресных и прибрежных вод питательными веществами, в основном за счет выброса и выщелачивания нитратов и фосфатов), что приводит к чрезмерному росту водорослей, разложение которых уменьшает концентрацию растворенного в воде кислорода и приводит к появлению бескислородных зон, из-за чего погибают или страдают гетеротрофные формы жизни (Harper, 1992). В ОЖЦ такое воздействие обычно выражают в килограммах PO4 3− эквивалентов. Пожалуй, реже всех прочих в ОЖЦ включают такую переменную, как потенциал смогообразования, выражаемый в граммах NOx на квадратный метр. Как уже объяснялось в предыдущем параграфе, на производство материалов тратится примерно четверть всех мировых поставок первичной энергии. Так как большую часть этой энергии получают сжиганием ископаемых видов топлива (около 87% по всему миру в 2010 году), а остальная доля приходится на первичное электричество, преимущественно от ГЭС и АЭС (BP, 2013), производство материалов является основным источником выбросов твердых частиц (включая технический углерод), SOx и NOx (превращение которых в сульфаты и нитраты является главной причиной кислотных дождей), а также ПГ. Вода, необходимая для обработки, реакций, а также охлаждения в ходе производства, в конечном счете оказывается загрязненной или выпускается при повышенных температурах; кроме того, многим предприятиям приходится утилизировать большие количества твердых отходов, а также малые, но также вызывающие беспокойства объемы опасных отходов. К счастью, у общих экологических проблем имеются и общие (а точнее, универсальные) решения. В то же время есть и специфические трудности, связанные с уникальными физическими или химическими свойствами особенно сложных промышленных процессов. Во многих исследованиях предлагаются либо достаточно полные и подробные экологические профили материалов (включая, где применимо, оценку их ПГП, потенциала подкисления, расхода и загрязнения воды), либо сравнение конкретных последствий (причем в последнее время предпочтение отдается оценке ПГП, что неудивительно). Далее я вкратце опишу то, как некоторые наиболее распространенные материалы воздействуют на окружающую среду. При производстве килограмма стандартных строительных стальных секций вырабатывается примерно 1,5 кг CO2 -эквивалента, 50 г SO2 эквивалента (мера потенциала подкисления), при этом создается совершенно незначительный потенциал эвтрофикации (0,36 г); также производится всего 0,8 г этана, вызывающего фотохимический смог (WSA, 2011b). На производство килограмма ПВХ тратится 60 МДж энергии, 10 кг воды (за вычетом расхода на охлаждение), при этом вырабатывается 1,9–2,5 кг CO2-эквивалента, 5–7 г потенциала подкисления (выражается в SO2 ), 0,6–0,9 г потенциала нитрификации (PO4 ), почти 0,5 г этана (мера генерации фотохимического озона), 0,4–0,8 г отходов в виде твердых частиц, 5–8 г опасных отходов (Sevenster, 2008). Что мне больше всего нравится в ОЖЦ, так это их результаты, зачастую весьма интересные и противоречащие здравому смыслу. Какие тротуары меньше влияют на окружающую среду: плита из природного гранита или бетонный тротуар? Мендоза и соавт. (Mendoza и соавт., 2012) пришли к выводу, что экологическое воздействие гранитного тротуара примерно на 25–140% сильнее, чем у бетонного, причем это обусловлено в основном затратами энергии на резку и перемещение камня. У какой упаковки для перевозки фруктов и овощей CO2 -эквивалент будет ниже: у обычных легких (менее 1 кг) одноразовых деревянных ящиков, которые, очевидно, сделаны из возобновляемого материала, при этом затраты энергии на их производство можно частично скомпенсировать сжиганием? Или у еще более легких одноразовых картонных коробок, которые можно сжечь или переработать? Или все же у гораздо более тяжелых (2 кг) многоразовых пластмассовых ящиков, которые приходится мыть после каждого использования? При шкалировании их показателей до 10 оборотов тары на человека в год оказывается, что ПГП пластмассовых ящиков на 10% ниже, чем у деревянных и составляет менее половины аналогичного показателя картонной упаковки; при шкалировании до миллиона оборотов тары в год пластиковые ящики генерируют порядка 332 кг CO2 -эквивалента, деревянные — около 367 кг, картонные — примерно 708 кг (University of Stuttgart, 2007). Еще один парадоксальный результат был получен в недавнем тайском исследовании ЖЦ одноразовых термоформованных коробок, часто используемых для упаковки пищевых продуктов (Suwanmanee и соавт., 2013). Исследователи сравнили ящики из полистирола (ПС), полученного из углеводородов, с ящиками из полимолочной кислоты (ПМК), производимой из кукурузы, маниона или сахарного тростника; исходя из материальных и энергетических затрат, свойственных данной стране, они вычислили три показателя экологического воздействия: ПГП (рассчитан на основе прямых выбросов ПГ и непрямых выбросов, связанных с изменениями в землепользовании), потенциал подкисления и выработку фотохимического озона. Обобщенное экологическое воздействие ящиков из ПС оказалось гораздо более низким, что прежде всего связано со значительным косвенным эффектом выращивания кукурузы и маниока. Хотя пластмассы относительно энергоемки, ОЖЦ с расчетом энергозатрат и ПГП европейских пластмасс ясно дает понять, что при их замене на другие материалы потребуется дополнительно 53 миллиона тонн сырой нефти, а выбросы увеличатся на 124 миллиона тон CO2 -эквивалента (Pilz и соавт., 2010). Однако иногда природные материалы предпочтительны, что весьма очевидно в случае биоматериалов. Так, Болин и Смит провели комплексное исследование (Bolin и Smith, 2011) и выяснили, что при использовании настилов из деревянно-пластиковых композитов расход ископаемых видов топлива оказывается в 14 раз выше, выбросы ПГ — в 3 раза больше, расход воды — в 3 раза, потенциал подкисления — в 4 раза, смоговый потенциал и экотоксичность — в 2 раза выше, чем при использовании обычных настилов из древесины, обработанной щелочной медью. Достоинства биоматериалов наиболее важны в долговечных строениях; многими исследованиями были показаны экологические преимущества деревянных зданий и строительных компонентов. Так, если в строительстве крыши использовать клееный брус, то энергоемкость составит всего около 500 МДж на м2 крыши; если использовать стальные балки из переработанного металла, что тот же показатель достигнет значения не менее 1 ГДж/м3 , а при использовании стали, полученной из выплавленного в доменных печах железа — и вовсе составит 1,6 ГДж/м3 (Petersen and Solberg, 2002). Схожим образом можно отметить гораздо более низкую энергоемкость деревянных полов по сравнению с альтернативными вариантами: на уход за 1 квадратным метром деревянных полов тратится 1,6 МДж (обычно такие полы делаются из дуба или клена); для линолеума и винила эта цифра равняется 2,3 и 2,8 МДж, соответственно (Jönsson и соавт., 1997). В еще одном исследовании обнаружилось, что доска из твердого дуба превосходит не только линолеум и винил, но также и полиамидные и шерстяные ковры (Petersen и Solberg, 2004). Из ОЖЦ видно, что выбросы ПГ у деревянных строений значительно (до 65%) ниже по сравнению со зданиями из железобетона (как сборного, так и монолитного); аналогичной экономии можно достичь также в случае с напольным покрытием или мебелью. Эриксон (Eriksson, 2004) сравнил разные дома в Швеции и продемонстрировал экономию энергии и сокращение ПГП на их примере. Так, на строительство четырехэтажного дома на деревянном каркасе уходит 960 МДж/м2 энергии, но если вычесть вторичную энергию (которую можно получить при переработке материала) — 1460 МДж/м2 , то затраты оказываются отрицательными, так как фактически мы приобретаем 530 МДж/м2 ; для сравнения: чистые энергозатраты на строительство дома из бетона составляют 1770/м2 ; ПГП равен (за вычетом эксплуатации) 30 и 400 кг CO2 -эквивалента на м2 , соответственно. Кроме того, если увеличить долю древесных пиломатериалов в типичном шотландском жилом доме, то можно сократить выбросы ПГ на 75% за все время эксплуатации такого здания, если речь идет о небольшом двухквартирном домике, а в случае с большим отдельным домом — до 86% (Edinburgh Centre for Carbon Management, 2006). Более того, древесина, которую можно собрать после сноса дома или утилизации старой мебели, позволяет выработать гораздо больше энергии, чем было потрачено на ее производство. Еще одним преимуществом «контролируемых» лесопосадок и плантаций является выделение ими кислорода и поглощение углерода; если рубить деревья по плану и проводить оперативную повторную посадку, то такие плантации смогут долго служить нам в качестве углеродных резервуаров. Что еще более важно, адекватное лесохозяйственное управление может увеличить объемы фитомассы и годовую продуктивность естественных лесов, что видно из почти векового опыта Финляндии. В южной части страны имеется специальный периодически исследуемый район, где древостой с 1912 по 2005 год увеличился в 2,15 раза, при этом в среднем один кв. км леса поглощает за год около 30 тонн углерода (Kauppi и соавт., 2010). Кроме того, за исключением тех случаев, когда срубленное в естественном лесу дерево идет на уголь или топливо, его эффект углеродопоглощения можно продлить на многие десятилетия после изготовления конструкционных пиломатериалов или мебели (Berge, 2009). Неудивительно, что типичный срок службы деревянных изделий может сильно различаться, при этом наибольший разброс наблюдается именно в строительной древесине (Lauk и соавт., 2012). Пиломатериалы служат менее двух десятилетий в мобильных домах, но могут легко прослужить 80–100 лет в составе хорошо построенного американского или канадского деревянного дома. Срок службы деревянной мебели обычно намного короче, 10–30 лет; два десятилетия можно назвать хорошим средним показателем. Деревянная упаковка (ящики, коробки, поддоны) может подвергаться незамедлительной утилизации или повторно использоваться в течение нескольких лет; то же самое касается упаковочной бумаги и картона (от одного до шести лет, в среднем два-три года). Постоянством также отличаются некоторые элементы дома (лестницы, двери, дверные и оконные рамы, полы), бочки и бочонки под вино и спиртные напитки, специальная древесина, из которой изготавливают музыкальные инструменты и спортивный инвентарь, а также деревянные игрушки и паззлы (небольшая, но весьма полезная ниша). Но, как и в случае с прочими разновидностями комплексного анализа, при обращении к ОЖЦ следует проявлять осторожность, ведь у таких оценок имеется множество проблем и недостатков; зачастую всесторонний учет «от колыбели до могилы» провести все равно не удается. Одна из очевидных проблем связана со сравнением материалов, изготавливаемых из сырья с высоким содержанием энергии, с материалами, энергоемкость которых обусловлена исключительно топливом и электричеством, потраченным в производстве. Например, согласно ОЖЦ энергоемкость дороги из гибкого асфальтобетона в два раза выше аналогичного показателя жесткого бетона из портландцемента, однако эта разница обусловлена практически исключительно энергосодержанием сырья (Cement Association of Canada, 2006). Асфальт (битум) представляет собой смесь тяжелых углеводородов с высокой энергетической ценностью (40 ГДж/т), однако не может использоваться в качестве источника энергии и является побочным продуктом нефтепереработки, при этом затраты энергии на его производство составляют всего 0,5–6 ГДж/т, что, как правило, не превышает тот же показатель портландцемента. Следовательно, было бы логичнее сравнивать только энергозатраты на производство этих двух видов покрытия, и при таком подсчете результаты будут примерно одинаковы. Примечательно, что многие ОЖЦ отличаются весьма небрежным подходом к замеру самого срока службы тех или иных материалов; зачастую безо всякого обоснования принимаются кажущиеся адекватными сроки эксплуатации, названные в предыдущих исследования. Наиболее заметен такой подход в исследованиях зданий, долгий срок службы которых может означать весьма неточную оценку последствий их эксплуатации, если такая оценка основывается на произвольных допущениях. Современные здания, как правило, должны эксплуатироваться от 50 до 100 лет (по заявляемому сроку службы), однако нынешние дома и торговые помещения, по факту, могут простоять всего лишь 12–50 лет при регулярном (особенно в отношении магазинов) капитальном ремонте. Акташ и Билек (Aktas и Bilec (2012) оценили среднестатистический срок службы жилых строений в Америке и пришли к выводу, что он составляет 61 год при среднеквадратичном отклонении 25 лет. В том исследовании были определены сроки службы основных элементов дома: краска на стенах сохраняется примерно 7 лет, ковры — 10 лет, линолеумные и виниловые полы — 22 года, полы и отделка из твердых сортов древесины — 42 года, керамика — до 48 лет. Ошибки также возникают из-за принятия обобщенных значений вместо определения специфичных потоков. Лучше всего, пожалуй, эту проблему иллюстрирует промышленное производство, которое во многих все еще развивающихся странах, а также Китае до сих пор крайне неэффективно. Согласно ОЖЦ выбросов ПГ при производстве первичного алюминия в Китае, в 2003 году на тонну металла вырабатывалось 21,6 тонны CO2 -эквивалента, что на 70% выше среднего значения по миру за 2000 год (Gao и соавт., 2009). Однако важнейшим недостатком ОЖЦ является тот факт, что во многих случаях до сих пор речь идет об усеченной, неполной оценке, и лучше всего это видно на примере пластмасс. Поверить в это, пожалуй, будет нелегко, особенно после ознакомления баз данных ЖЦ по основным синтетическим соединениям; так, в базе данных Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL, 2013а) содержится количественная оценка результатов производства ПЭВП, охватывающая примерно 220 химикатов, включая органику (от ацетона до фталатов), тяжелые металлы, радионуклиды и ПГ. В некоторых из опубликованных ОЖЦ по конкретным видам пластмассы и конкретным обстоятельствам их производства и применения, как, например, в процитированной ранее работе Суванмани и соавт. (Suwanmanee и соавт., 2013), учитываются даже косвенные последствия изменений в землепользовании, вызванных культивацией растений с целью получения возобновляемого сырья. Однако никакая ОЖЦ не учитывает долговечность некоторых пластмасс (могут храниться сотни лет), а также их повсеместное и, очевидно, весьма разрушительное присутствие в водной среде. Плавучесть, распад на все более мелкие частицы, а также постепенное опускание сквозь толщу воды на дно океана — все это в совокупности представляет действительно глобальный и повсеместный экологический риск для морской биоты. Пластмассу обнаруживают даже на самых удаленных островах, во впадинах, однако наибольшая концентрация наблюдается в поверхностных водах и на пляжах (Moore, 2008; Barnes и соавт., 2009). Масштабы этой новой разновидности деградации окружающей среды стали понятны после обнаружения пластмассовых отходов в тихоокеанском водовороте; открытие совершил в 1997 году Чарлз Мур вместе со своим экипажем, возвращаясь из транс-тихоокеанской парусной гонки; вскоре данное новообразование стало известно как «большое тихоокеанское мусорное пятно» (Moore и Phillips, 2011). Согласно более поздним оценкам каждый год в океаны попадает не менее 6,4 миллиона тонн пластмассовых отходов; каждый день выбрасывается примерно 8 миллионов кусочков пластика; пластикового мусора в океане плавает больше 13 тысяч единиц на кв. км водной поверхности; примерно 60% всего морского мусора попадает туда в результате деятельности на суше (UNEP, 2009). Кроме того, если судить по последним оценкам, то, несмотря на многочисленные попытки ограничить такую всепланетную деградацию, мусор продолжает накапливаться (STAP, 2011). Для жителей океана любой кусок выброшенной пластмассы, независимо от своего размера, представляет опасность. Рыбы, дельфины, порой даже киты путаются в выброшенных или поврежденных сетях; водоплавающие птицы принимают маленькие кусочки пластика за рыбу или беспозвоночных и отрыгивают их в попытках накормить своих птенцов: такие объекты стали часто находить в желудках представителей многих видов. Маленькие частицы пластика (менее 5, 2 или 1 мм), используемые в производстве косметики, лекарств, в иной промышленности, а также появляющиеся в результате истирания и разложения под воздействием света (фотодеградации) больших кусков, могут проглатываться морскими обитателями, что приводит к серьезным отравлениям и плохо сказывается на их метаболизме  (Cole и соавт., 2011). Неизбежно происходит накопление микрочастиц пластмассы на береговых линиях, где они представляют угрозу прочим организмам (Browne и соавт., 2011). Этот важный пример хорошо демонстрирует неполноту и неточность даже лучших методик анализа, используемых с целью оценить затраты и последствия производства, использования и утилизации материалов; он также служит серьезным доказательством необходимости более рационального использования материалов; очевидно, что ключевым компонентом таких мер является переработка. Если же поближе взглянуть на переработку материалов, то можно обнаружить огромные и без каких-либо понятных причин игнорируемые возможности, но также и вполне очевидные проблемы (включая некоторые факты, кажущиеся весьма нелогичными). Переработка — это весьма практичный и эффективный инструмент, и использовать его стоит как можно шире, однако масштабы его применения следует определять с большой осторожностью, чтобы избежать пустых трат материалов.

 

Источник: Создание современного мира. Материалы и дематериализация. Глава 4.

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Первый снимок черной дыры

Астрономы впервые получили прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики М 87 и ее тени.

 

 

 

Как бактерии проводят электричество

Электропроводящие выросты на поверхности бактериальных клеток устроены подобно обычным электрическим проводам – с проводящей внутренней частью и изолирующей обмоткой.

 

 

 

 

Вездесущий натрий

Крупинки натрий-хлора в солонке, бензоат в газировке и лаурилсульфат в шампуне — натрий окружает нас если не повсюду, то, по крайней мере, на кухне и в ванной.

 

 

Новости в фейсбук

Случайные статьи

В клетке. 0,0016 — много или мало?.

0,0016 — МНОГО ИЛИ МАЛО?.

Триумф и трагедия создателя советской «летающей крепости»

В 1972 году, после смерти Сикорского, выдающийся советский механик, академик И.Артоболевский сказал: «Вот были два великих авиаконструктора — Игорь Сикорский и Константин Калинин. Первого Америка похоронила как национального героя, а второго у нас никто не знает.

Ученый с невозможным характером

"Ученый с невозможным характером" - так называли Александра Григорьевича Столетова его современники. Выдающийся русский физик Александр Григорьевич Столетов родился летом 1839 года в небогатой купеческой семье.

Планетарная цивилизация

Министр сельского хозяйства РК: В Никитском ботаническом саду размещен научно-технологический комплекс, не имеющий аналогов в России

В Никитс