Опасный бетон. Почему главному строительному материалу нужна альтернатива
Бетон — самый широко используемый строительный материал планеты. Каждый день мы проходим среди бетонных зданий и гуляем по заасфальтированным дорогам. Человечество настолько привыкло к этому, что большинство даже не задумывается о количестве бетона, сопровождающего нас в повседневной жизни. Простой пример: если разделить массу этого материала, используемого каждый год в строительстве, на население планеты, то окажется, что на одного человека приходится около 3 тонн бетона. Таким образом, бетон — это второй по объему потребления ресурс после воды.
С точки зрения экологии, бетон представляет собой одну из самых больших угроз для планеты и климата на каждом шаге его производства, использования и даже на протяжении многих лет после строительства. Но обо всем по порядку.
Минус вода и песок
Основными компонентами бетона являются цемент, щебень, песок и вода. Казалось бы, всего этого на Земле в избытке. Но количество производимого бетона означает, что многие ресурсы оказываются под угрозой.
Дело в том, что для бетона не подойдет любой песок — необходим именно морской его вариант. Он обкатан водой, а не ветром, и такие песчинки лучше крепятся друг к другу. Тогда как пустынный песок более округлый и не подходит для производства бетона. Человечество использует морской песок гораздо быстрее, чем волны океанов успевают пополнить запасы — со временем это неизбежно приводит к его нехватке. Правда, в России в основном используется не морской, а карьерный песок, но эта оговорка не умаляет глобальную проблему.
С водой дела обстоят не лучше. В 2012 году 9% всей использованной человечеством воды ушло исключительно на производство бетона. Согласно прогнозам журнала Nature Sustainability к 2050 году 75% всей воды, необходимой для производства бетона, будет использоваться в развивающихся странах. Например, в Индии, где жителям мегаполисов воды уже сейчас не всегда хватает даже для питья.
Цемент значит CO2
Цемент для производства бетона создается путем измельчения клинкера и гипса. Для того чтобы из глины и известняка сделать клинкер, их необходимо нагреть до 1400°C. Такие температуры требуют больших затрат энергии, а это значит, что в атмосферу попадает огромное количество углекислого газа. За 2015 год 8% всего высвобожденного человечеством CO2 пришлось исключительно на производство клинкера. Если бы бетон был страной, он занимал бы третье место по уровню выбросов — после США и Китая.
Итак, с экологическими проблемами при производстве разобрались. Но что же происходит после того, как бетон уже залит, здания построены, и шоссе забетонированы? Казалось бы, худшее уже позади, но на самом деле проблемы только начинаются.
От потепления до наводнений: как бетон меняет климат городов
Дело в том, что наши бетонные города в жаркие дни нагреваются гораздо быстрее, чем деревни, где этот материал почти не используется. Этот феномен — городской остров тепла — хорошо изучен географами и урбанистами. В частности известно, что разница температур в городах с населением более миллиона человек и за их пределами может достигать 5°C. Это приводит к проблемам со здоровьем у жителей, ухудшению качества питьевой воды, а также повышает потребление электричества для вентиляторов и кондиционеров — т.е. возникают дополнительные выбросы CO2. Возникает петля обратной связи, хорошо известная климатологам: повышение температуры приводит к еще большему повышению температуры.
Одно из самых заметных следствий глобального потепления — увеличивающееся с каждым годом число природных катастроф: цунами, землетрясений, торнадо, наводнений… Список можно продолжать бесконечно, но, в случае с бетоном, больше всего нас должны волновать наводнения. Забетонированные дороги и шоссе не позволяют пришедшей воде быстро уходить в землю. Так, наводнения становятся более разрушительными. Они приносят с собой больший экономический ущерб, уносят большее количество человеческих жизней и затрудняют восстановление разрушенных городов.
В 2017 году американский мегаполис Хьюстон пережил самое мощное наводнение в своей истории. Оно унесло не менее 80 жизней, а экономический ущерб был оценен в 70 миллиардов долларов. Ученые сходятся во мнении, что основной причиной разрушений стал именно бетон, так как Хьюстон — один из самых забетонированных городов континента.
Экологичные альтернативы бетону
Бетонный кризис действительно существует. Но правда ли все настолько плохо? И да, и нет.
За последние 20 лет количество углекислого газа, попадающего в атмосферу из-за бетона, уменьшилось в среднем на 18% благодаря увеличению энергоемкости технологий производства. Более того, стали появляться компании, занимающиеся разработкой более экологичных альтернатив привычным строительным материалам.
Множество предприятий по всему миру сегодня работают над тем, чтобы сделать бетон более «зеленым». Правда, большинство из них останавливаются на вторичном использовании элементов бетона: это помогает экономить ресурсы и затраты на производство. Но есть и те, кто идет дальше.
Например, компания SolidiaTech разработала собственную технологию Solidia, которая позволяет снизить количество высвобождаемого CO2 до 60%, и не требует при этом установки нового оборудования. Также у них есть второй вариант производства цемента, при котором затвердевание происходит не с добавлением воды, а при использовании углекислого газа. Это существенно снижает стоимость и длительность процесса, и, самое главное, сокращает концентрацию CO2 в атмосфере.
(столько же, сколько 1 дерево поглощает за год). Фото: SolidiaTech
Кто-то идет еще дальше, и предлагает полностью отказаться от использования цемента в строительстве в пользу, например, дерева или железного камня Ferrock, созданного из отходов металлургической промышленности. Пока сложно сказать, чем конкретно человечество заменит бетон. Большинство существующих альтернатив не обладают таким же набором качеств (твердость, морозостойкость, теплопроводность и простота создания), или требуют значительно больших денежных затрат на этапе производства и ухода.
Мы еще очень далеки от решения проблемы бетона. По самым оптимистичным оценкам, при существующих темпах развития миру потребуется около 20 лет, чтобы новые материалы полностью заменили собой стандартный бетон. Также экологичных разработок может оказаться недостаточно — многие считают, что без строгого регулирования со стороны государства на уровне законодательства отказаться от бетона не получится.
Бетон предоставил нашей цивилизации возможность развиться до того уровня, на котором мы сейчас находимся. Его дешевизна, стойкость и простота производства позволили забыть о проблемах, преследующих человечество на протяжении всего хода истории — недостаток жилья и его недолговечность. Но настоящее ставит перед нами новые вызовы, и если мы предпочтем их игнорировать в угоду экономической выгоды, условия жизни на планете могут необратимо измениться.
Posted in Взгляд, Вода, Земля, Климат, Обзор, Технологии by Экосфера with comments disabled.
На дне Байкала обнаружили новые вспышки роста спирогиры
Исследование проводилось с использованием глубоководных обитаемых аппаратов «Мир». Учёные обследовали различные районы озера и обнаружили, что спирогира не образует сплошного покрова, а появляется отдельными очагами, которые со временем сменяются новыми. Такой характер распространения исследователи назвали волнообразным.
Ранее считалось, что активное развитие спирогиры ограничивается главным образом прибрежной зоной, где в воду поступает избыток биогенных веществ. Однако новые наблюдения показали, что водоросль встречается значительно глубже, хотя условия на таких глубинах существенно отличаются: меньше света, ниже температура и слабее течение.
По словам учёных, обнаружение спирогиры на больших глубинах ещё не означает экологическую катастрофу для всего Байкала. Тем не менее оно свидетельствует о продолжающихся изменениях в экосистеме озера. Исследователи подчёркивают, что для понимания причин распространения водоросли необходимо продолжить долговременный мониторинг.
Массовое развитие спирогиры стало одной из наиболее обсуждаемых экологических проблем Байкала в последние годы. Разрастание этих нитчатых зелёных водорослей связывают с локальным загрязнением прибрежных вод, поступлением соединений азота и фосфора, а также изменениями гидрологического режима. Плотные скопления спирогиры могут вытеснять характерные для Байкала сообщества донных организмов и изменять структуру экосистемы.
Новые данные помогут лучше понять механизмы распространения водорослей и оценить, насколько глубинные районы озера вовлечены в происходящие экологические процессы.
Posted in Биоразнообразие, В России, Вода, События by Экосфера with comments disabled.
Износ шин становится новым источником загрязнения пресных вод
Каждый год в окружающую среду попадают миллионы тонн частиц износа шин. Они состоят не только из синтетического каучука, но и содержат десятки химических добавок — антиоксиданты, пластификаторы, стабилизаторы и соединения тяжёлых металлов. Во время дождей частицы смываются с дорог в ручьи, реки и озёра, где постепенно оседают на дне.
Исследователи сосредоточились на личинках водных насекомых — важных обитателях донных экосистем и основном корме для многих видов пресноводных рыб. В лабораторных экспериментах выяснилось, что личинки не способны отличить частицы шин от органических остатков и активно их заглатывают вместе с пищей.
После попадания в организм химические вещества начинают высвобождаться из частиц. Особенно внимание учёных привлекло соединение 6PPD-хинон — продукт превращения антиоксиданта 6PPD, который широко применяется при производстве автомобильных шин. В последние годы именно это вещество связывают с массовой гибелью тихоокеанских лососей после дождей, когда загрязнённый дорожный сток попадает в нерестовые реки.
Эксперименты показали, что загрязняющие вещества способны накапливаться в тканях беспозвоночных и затем переходить к рыбам, которые ими питаются. Таким образом, частицы шин становятся не просто загрязнителем донных отложений, а полноценным каналом переноса токсичных соединений по пищевой цепи.
Авторы отмечают, что масштабы проблемы могут быть значительно больше, чем предполагалось. Если раньше основное внимание уделялось микропластику, то частицы износа шин сегодня рассматриваются как отдельный и весьма значимый источник химического загрязнения пресных вод. По мере роста числа автомобилей и интенсивности дорожного движения их вклад в загрязнение водных экосистем будет увеличиваться.
Исследователи считают, что для снижения риска необходимы не только более эффективные системы очистки ливневых стоков, но и разработка новых составов шин с менее токсичными добавками.
Posted in В мире, Вода, События, Технологии by Экосфера with comments disabled.