Методические основы экологической оценки строительных материалов по их «жизненному циклу» (ЖЦ)

Методические подходы к экологической оценке строительных материалов согласно стандартов ИСО — 14 000 могут быть различными, но обязательно анализируются связанные с ними нагрузки на окружающую среду по жизненному циклу материала. При таком подходе учитывается влияние не только самого материала, но и процессов его, сопровождающих от добычи сырья для его изготовления, до уничтожения, захоронения или, что более предпочтительно, повторного его использования для изготовления новых материалов. Это позволяет «замкнуть» их жизненный цикл и решить экологические задачи — сократить количество отходов и способствовать ресурсосбережению. Материалы рассматриваются и оцениваются по экологической безопасности не по принципу «здесь и сейчас», а «везде и всегда». При этом оцениваются не только прямые (явные) негативные воздействия, такие как эмиссия вредных веществ, образование отходов и т. п., но и косвенные эффекты (дефицит сырья, влияние на здоровье человека, ухудшение качества окружающей среды, нагрузки при перевозке материалов и т. д.). Для обеспечения объективности результатов анализа рассматриваются взаимосвязанные параметры «свойства материала — качество среды».

Оценка экологических эффектов взаимодействия строительных материалов с окружающей средой базируется на комплексе независимых методов:

• · метод сопоставительного анализа (экспертный анализ, метод рассуждений) базируется на имеющейся научной информации, ее анализе и последующих логических рассуждениях. Он дает относительную оценку нагрузок на человека и окружающую среду и позволяет расположить сравниваемые материалы в порядке экологического предпочтения, классифицировать их по экологическому качеству. Результатом являются карты экологического выбора строительных материалов, которыми может пользоваться потребитель;
• · системный анализ (метод «черного ящика») заключается в анализе и математической оценке всех входящих и выходящих потоков. Используется для расчета «экобаланса», воздействий материала на среду и оценки последствий этих влияний;
• · метод графов (ориентированные графы для решения многокомпонентных эколого-экономических задач) позволяет оценить прямые и обратные связи — «качество строительства — качество среды);
• · квалиметрический метод (для оценки интегрального качества материала).

Обычно методика экологической оценки строительного материала по его жизненному циклу состоит из следующих основных частей:

разработки и описания жизненного цикла продукта (инвентаризационный анализ),.

оценки воздействий, возникающих на протяжении жизненного цикла (оценка воздействий),.

анализ, направленный на совершенствование качества продукта (оптимизационный анализ),.

анализ, направленный на экологическую классификацию продукции и обоснованный выбор материалов для использования в строительстве (классификационный анализ).

Экологическая оценка нагрузок строительных материалов на окружающую среду должна проводиться по пяти составляющим биосферы: атмосфере, гидросфере, литосфере (почве, сырью), энергии и биотическим компонентам (включая человека).

При экологической оценке материалов, в первую очередь, необходимо учитывать негативные воздействия, приводящие к обострению глобальных экологических проблем, таких как парниковый эффект, повреждение озонового слоя, загрязнение почв, истощение ресурсов и т. д.

К негативным экологическим эффектам по жизненному циклу материала относят: истощение ресурсов, загрязнение атмосферы, загрязнение водной среды, уничтожение почвенного покрова, изменение ландшафта, возникновение техногенных ландшафтов, опасное шумовое загрязнение, образование отходов, нарушение природного равновесия в экосистеме, уничтожение, деградация, угнетение растительности, ликвидация мест гнездовий птиц, распугивание животных, нарушение их путей миграции, изменение гидрогеологического режима, изменение напряженного состояния пластов земли и прочие прямые и косвенные эффекты.

При оценке ЖЦМ обязательно учитывается также комплекс нагрузок на ОС и человека за счет транспортировки материала. Предпочтение отдается местным строительным материалам и произведенным в непосредственной близости к месту добычи для них сырья и т. п.

Принципиальная схема оценки экологических эффектов по жизненному циклу материала включает анализ следующих его этапов:

• · добыча сырья;
• · изготовление материалов и изделий;
• · этап строительства (применение материала);
• · эксплуатация («жизнь» материала в объекте, необходимость ухода для поддержания его качества, совместимость с материалами которые используются для продления этапа эксплуатации (ремонт, реставрация, реконструкция);
• · уничтожение или повторное использование (при замене материала, сносе здания, сооружения).

Пример аналитической схемы оценки нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу материала приведен в таблице 1.

Таблица 1. Аналитическая схема оценки нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу строительного материала (СМ).

Для первого этапа ЖЦМ — добыче сырья, при экологической оценке необходимо учитывать его добываемый запас, который определяется на основе технических, экономических и экологических факторов для конкретного региона. Добыча сырья является важным этапом жизненного цикла материала. Для некоторых видов сырья известно, что их запас исчерпывается в короткий (обозримый) срок, если продолжится добыча на настоящем уровне. Этот процесс во многих случаях приводит к повреждению экосистем: выделению выбросов (при добыче угля) или возможности экологических катастроф (при добыче и транспорте нефти, хлора и т. п.).

На этапе производства СМ необходимо анализировать, с какими негативными последствиями для окружающей среды предстоит столкнуться и считаться с выбросами загрязнителей в окружающую среду. Наиболее полную информацию для этого этапа ЖЦМ можно получить из экологического паспорта предприятия, выпускающего данный материал. На этом этапе существует целый ряд серьезных проблем: вредные выбросы в почву, воду, воздух, отходы и использование большого количества энергии. В общем можно сказать, что от количества этапов обработки зависит экологическая нагрузка (например, при обработке пластмасс, металлов и битумов). Следует обратить внимание на то, что при производстве многие синтетические материалы выделяются вредные вещества. Серьезные нагрузки могут возникать, в частности, при производстве цемента и других вяжущих.

На этапе строительства важно предварительно определить срок пригодности различных материалов, строительных элементов и всего здания, а также оценить долговечность материала. Показателем для предпочтительного выбора материалов в строительстве становится его долговечность. Высокий показатель долговечности означает, что материал долго сохраняет все свои свойства и имеет больший срок использования до ремонта или замены изделия. Благодаря продлению периода использования материала или долговечному его использованию нагрузка на окружающую среду на этот период уменьшается. Важно, чтобы долговечность материалов отдельных строительных узлов всегда соответствовала жизненному сроку всего здания. При экологической оценке материала учитывается — возможно ли образование отходов, возможны ли выбросы в окружающую среду вредных веществ при производстве строительных работ. Акцент при оценке отделочной продукции делается на анализ влияния материала на здоровье жильцов. Нежелательным к использованию могут стать даже материалы, прошедшие гигиеническую сертификацию и т. п. Критерием для отбраковки должно стать наличие в составе материала вредных для здоровья веществ. Следует избегать применения таких материалов в жилых и общественных зданиях. Тогда под ограничение к использованию попадут древесностружечные материалы на фенольном полимерном связующем, материалы в которых применен в качестве вяжущего фосфогипс, клеи и краски на органических растворителях, материалы содержащие ПВХ (PVC) и т. д.

На этапе эксплуатации экологическая нагрузка в большой мере определена выбором, сделанным на предыдущих этапах, и здесь дополнительно необходимо определить эксплуатационные затраты на уход за материалом для сохранения его свойств. Запрет на их использование может быть основан на показателях, характеризующих качество внутренней среды в здании (влажность, шум и т. д.).

На последнем этапе жизни материала встает вопрос об оценке возможности его использования повторно без значительной дополнительной переработки (деревянная дверь, деревянные оконные рамы и т. п.). Поэтому критерием для экологической оценки материала становится возможность его реставрации, ремонтопригодность. Посредством реставрации или бережного ухода за конструкциями и материалами можно удлинить срок их пригодности. В этом случае количество строительных отходов может быть сокращено. В связи с возможностью повторного использования очень важно, чтобы материалы хорошо сортировались и очищались, а отходы хорошо разлагались. Если отходы после слома здания попадут в окружающую среду (свалки и т. п.), экологическая нагрузка определяется сочетанием их вредности и разлагаемостью в природной среде. При хорошей биоразлагаемости отходы не долго занимают место и практически не оказывают вредное воздействие и на окружающую среду и на человека.

Таким образом, методом логических рассуждений и используя аналитическую схему оценки нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу (см. таблицу 1) можно дать качественную экологическую оценку любому строительному материалу. Данная схема позволяет прогнозировать наиболее существенные риски на каждом этапе жизненного цикла материала от добычи сырья до его уничтожения.

Оценочные показатели присваиваются материалу по следующим «экофакторам»: повреждение экосистем, дефицитность сырья (дефицит), эмиссия вредных веществ в окружающую среду (выбросы), затраты энергии (потребление энергии), здоровье человека и «экологическое здоровье» (здоровье) и положение с отходами (отходы).

Перечисленные «экофакторы» являются показателями экологического качества материала или, другими словами, являются показателями экологическими свойствами материала. Ниже приведены смысловые значения перечисленных показателей широко используемых сегодня в мировой практике экологической оценки строительных материалов в рамках стандартов ИСО 14 000.

Повреждение экосистем

Экосистемой считается сочетание живых (растения и животные) и неживых компонентов (факторов), таких как почва, воздух, вода, климат и др. на ограниченной территории. Под повреждением имеется в виду — на сколько нарушено равновесие в экосистеме, снижено качество среды и учитывается ли как повреждение экологических ценностей, так и эстетические ценности экосистемы. Нарушение динамического равновесия может длиться десятки или сотни лет до того, как восстановится новое равновесие на этой территории.

Дефицит

С экологической точки зрения дефицит означает, что изъятие нами ресурса опережает восполнение его природной средой. Вследствие экологических, экономических или технических факторов употребляемый запас сырья становится значительно меньше, чем реально существующий. Запас многих сортов сырья конечен. Это относится к сырью как минерального, так и органического происхождения. Сегодня уже прослеживается дефицит качественных каменных материалов. Нефть, уголь и газ являются сырьем органического происхождения, но до того как эти органические вещества преобразуются в употребляемое сырье, проходят миллионы лет. Из-за того, что его восполнение является очень медленным процессом (1000 или млн. лет) запас исчерпывается. В случае возобновляемого сырья его восполнение происходит гораздо быстрее. Дерево, лен, пробка и т. п. — возобновляемое (обновляемое) сырье. Иначе говоря мы можем говорить только об обновляемом сырье, когда скорость круговорота находится на сравнимом уровне со скоростью употребления. При настоящих высоких темпах употребления сырья это значит, что скорость круговорота должна быть от 1 до 100 лет.

Выбросы

Во время жизненного периода материал или изделие могут выделять вредные вещества. Речь идет о выбросе твердых, жидких и газообразных вредных веществ в почву, воду или воздух. Например, такими могут являться тяжелые металлы из консервантов для древесных строительных материалов, цинк из кровельных покрытий и т. д. Перечень некоторых вредных для человека веществ и источники их поступления приведен в таблице2.

Таблица 2. Перечень НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН вредных веществ выделяющихся их строительных материалов.

Особенно опасными считаются выбросы приводящие к глобальным экологическим проблемам: повреждению озонового слоя, потеплению (парниковый эффект), выпадению кислотных дождей. Это возможно из-за выделения хлор-, фторуглеводородов при производстве полимерных материалов и т. п.; выбросов углекислого газа (CO2); сернистого газа (SO2). Этим проблемам мировое сообщество уделяет особое внимание и они учитываются в первую очередь. Например Датским проектом по управлению окружающей средой в строительном проектировании, были собраны данные о влиянии на окружающую среду множества строительных материалов. Фрагмент информационной базы данных по выбросам в границах ЖЦ конструкционных материалов представлен в таблице 3.

Таблица 3. Экологическая оценка по показателям выбросов используемых в строительстве конструкционных материалов.

Использование при оценке негативных воздействий СМ по ЖЦ количественных характеристик и их сравнение повышает объективность экологической оценки материалов и позволяет обосновать их выбор согласно требованиям по защите окружающей среды.

К категории чрезвычайно опасных относят выбросы при катастрофах (аварии происходят при перевозке нефти, пожарах и т. д.). Это случается не часто, но в случае катастроф последствия для человека и окружающей среды могут быть чрезвычайными. Поэтому, даже когда шанс катастрофы небольшой, его следует считать важным негативным экологическим аспектом и при выборе материала следует избегать применение материалов из-за высокой степени риска по этому показателю.

Экофактор — выбросы должен учитывать загрязнения и при добыче, транспортировке и хранении, производстве и употреблении различных материалов.

Потребление энергии

При потреблении энергии речь идет не только о её необходимости для производства материала, но и для его добычи и транспортировки. Употребление энергии означает, с одной стороны, расход дефицитного сырья, а с другой стороны — выброс вредных веществ, например, углекислого газа (влияет на тепличный эффект), оксидов азота (сильнейшие окислители, которые приводят к образованию смога), сернистого газа (является причиной появления кислотных дождей) и т. д. Первичные энергозатраты для наиболее часто используемых строительных материалов приведены в таблице 4. Уже этих данных достаточно для экологического анализа материала по данному оценочному критерию.

Таблица 4. Пример первичных энергозатрат для наиболее часто используемых строительных материалов и их экологическое сопоставление.

Здоровье Влияние материалов на человека и на окружающую его среду оценивается по интегральному показателю «здоровье». Воздействие строительного материала на здоровье человека анализируется для каждого этапа его жизненного цикла.

Негативное воздействие может иметь иесто :

• · при добыче сырья (например, пыль вызывает всевозможные заболевания: аллергию, астму, силикоз легких у рабочих)
• · при строительстве (влияние растворителей красок, волокон и т. д.)
• · при производстве (в результате катастроф и аварий и др.)
• · при эксплуатации (в воздух помещений выделяются опасные вещества: формальдегид, радон, влияющие на здоровье жильцов)
• · при переработке отходов вблизи населенных пунктов (влияние асбеста, пыли, газов от сжигания и т. д. на здоровье рабочих и жильцов)

Основными оценочными критериями прямой опасности материала для человека остаются санитарно-гигиенические свойства и характеристики радиационной и пожарной опасности. К санитарно-гигиеническим характеристикам (СГХ) материала по СанПиН относятся: наличие в материале вредных для здоровья веществ, класс их опасности (по ГОСТ 12.1.005−88); наличие антистатических и бактериостатических свойств; наличие запаха (бальная оценка от 1 до 6 баллов); диффузионная активность (ПДК пыли в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005−88). Пожарная опасность оценивается по показателям: горючесть, воспламеняемость, распространение пламени, дымообразующая способность и токсичность (группа пожарной безопасности определяется по НПБ 244−97). Радиационно-гигиенические свойства материала определяют по классу безопасности материала — по содержанию в них естественных радионуклидов (ЕРН) (по ГОСТ 30 108–94 по показателю удельной эффективной активности — А эфф., Бк/кг).

Отходы

Современная промышленность строительных материалов выпускает тысячи наименований разнообразной продукции. Причем в сферу материального производства вовлекается во много раз больше исходного сырья, чем выпускается готовых продуктов. Например, на выпуск 1 т чугуна расходуется 1,5−2 т сырья, 1 т алюминия — 3−10 т, 1 т никеля — 5−10 т, 1 т извести — 1,5−2 т, цемента — 1,4−1,7 т сырья. При этом на разных стадиях технологического процесса также возникают отходы. Часть отходов теряется со сточными водами, с отходящими газами, при пылении твердых продуктов в результате чего загрязняются атмосфера, гидросфера, почва. Для складирования твердых отходов сооружаются специальные отвалы и полигоны, занимающие ценные земельные площади.

После того как продукция выполнила свою функцию, отходы, например, от сноса здания, могут создать много проблем, особенно при использовании в здании разнородных материалов. Дело здесь в трудности их разделения и плохой биоразлагаемости многих полимерных синтетических материалов. Отсюда негативные воздействия на окружающую среду: образовании мусора, занятие пространства и уничтожение ландшафта, выделение вредных веществ при их сжигании. На удаление отходов производства затрачивается, в среднем, 8−10% стоимости производимой продукции. Транспортирование, складирование, концентрирование, обезвреживание, захоронение, улавливание отходов ежегодно поглощает миллиарды рублей. С другой стороны, отходы производства могут стать мощным источником сырья для промышленности. Поэтому следует всегда учитывать возможность повторного использования строительных материалов или возможности их переработки в новый материал.

Уровень негативного влияния для каждого «экофактора» может быть оценен в баллах:

• · 3 балла — наибольшее негативное влияние;
• · 2 балла — среднее по уровню негативное влияние;
• · 1 балл — наименьшее негативное влияние.

Результатом такого анализа может быть сводная таблица, отражающая экологическую оценку СМ.

Таблица 5. Вариант оформления результатов экологической оценки влияния строительных материалов на окружающую среду.

Таким образом, суммарная нагрузка на окружающую среду по шести перечисленным «экофакторам» для различных строительных материалов может составлять от 6 до 18 баллов. Минимальному негативному влиянию соответствует сумма в 6 баллов. Так можно оценить, например, материалы из древесины. Причем, если использовать мероприятия по снижению экологических нагрузок (см. таблицу 1) можно получить сумму балов и менее 6.

Для оценки может быть использована шкала (см. таблица 6) суммарной экологической нагрузки материала по его жизненному циклу на окружающую среду и человека. В соответствии с этой шкалой нагрузки с суммой балов меньше или равной 6 относятся к низким, от 7 до 12 баллов — к средним, от 13 до 18 баллов — к высоким.

Таблица 6. Шкала суммарной нагрузки на окружающую среду и человека для анализируемых материалов.

Практически ни один материал не может быть назван «экологически чистым», т. к. ни один материал не может быть изготовлен без затрат материальных ресурсов и энергии. Но, рассматривая жизненный цикл материала, можно для каждого его вида выделить нежелательные, с экологической точки зрения, влияния на окружающую среду (т.е. присущие ему отрицательные экологические качества) и стараться не применять материалы с высоким уровнем нагрузки (13 — 18 баллов) на среду и человека. Отказ от применения таких материалов будет стимулировать развитие производств выпускающих материалы экологически безопасных и для человека и среды.

При сравнении различных аспектов влияния материала на окружающую среду при анализе ЖЦМ важно учесть, возможно ли вообще, а, если возможно, то в какой срок устраняются повреждения, нанесенные окружающей среде при их использовании. Возможно более целесообразно поставить вопрос о неиспользовании этого материала. Важную роль при оценке также играет наличие экологических, технических и экономических возможностей в стране, где будет использован материал. Общим при оценке и при выборе материала является необходимость всегда учитывать, что увеличение объема работ, который обусловлен данным выбором, практически всегда приводит также к увеличению объема проблем. Например, при выборе отделочного материала следует предусмотреть, какие (и в каком количестве) вспомогательные материалы потребуются для его надежного использования.

Применение метода экологической оценки материалов по жизненному циклу позволило присуждать им (присваивать) марку экологического качества Такие экологические значки (этикетки — пиктограммы) стали частыми на продукции (материалах), которые отвечают требованиям безопасности для окружающей среды и человека.

Стандартами ИС0 14 020−14 022 серии «Этикетирование элементов окружающей среды» предусматривается порядок присуждения экологических знаков. По ним легко выбирать материалы. Сегодня они стали новым элементом рекламных проспектов на строительные материалы. Примеры таких значков представлены в таблице 7.

Таблица 7. Примеры экологической маркировки строительных материалов.

Протестирован и признан годным к использованию Всемирным экологическим институтом в Кёльне		Скандинавская экологическая марка (с изображением лебедя).
Экологически чистые материалы.		Без содержания полихлорвинила.

Например, экологическая марка с изображением белого лебедя присваивается изделию (материалу), который в течение всего своего жизненного цикла — от исходных материалов до вторичной переработки — соответствует критериям и требованиям по выбросам и испарениям (эмиссии), переработке отходов, а также расходу энергии и ресурсов.

В проспектах на продукцию обычно есть комментарии к таким маркам.