stringtranslate.com

Эффективность материала

Строительство зданий часто является ресурсоемким процессом.

Эффективность материалов — это описание или метрика (( M p) (соотношение использованного материала к поставленному материалу)), которая относится к уменьшению количества конкретного материала, необходимого для производства определенного продукта. [1] Изготовление пригодного к использованию предмета из более тонкого материала, чем предыдущая версия, повышает эффективность материалов в процессе производства. Эффективность материалов связана с зеленым строительством и энергосбережением , а также с другими способами включения возобновляемых ресурсов в процесс строительства от начала до конца.

Воздействия могут включать в себя эффективность материалов, включая снижение спроса на энергию, сокращение выбросов парниковых газов и другие воздействия на окружающую среду, такие как землепользование , нехватка воды , загрязнение воздуха , загрязнение воды и управление отходами . [2] Растущее население с увеличивающимся благосостоянием может увеличить спрос на добычу материалов, и, следовательно, переработка может удвоиться в течение следующих 40 лет. [3]

Повышение эффективности использования материалов может снизить воздействие потребления материалов. [4] Некоторые формы эффективности использования материалов включают увеличение срока службы существующих продуктов, их более полное использование, повторное использование компонентов для предотвращения отходов или сокращение количества материала за счет облегченной конструкции продукта. [3]

Производство

Минимизация отходов является фактором эффективности использования материальных ресурсов.

Эффективность использования материалов в производстве означает повышение эффективности сырья для производства продукции, уменьшение отходов на единицу продукции и улучшение управления отходами. [5] Использование строительных материалов, таких как сталь, железобетон и алюминий, приводит к выбросам CO2 в процессе производства. [6] В 2015 году производство материалов для строительства зданий составило 11% мировых выбросов CO2, связанных с энергетикой . [ 7] Крупнейшим рынком для алюминия является транспортный сектор, менее масштабные области применения алюминия включают строительство, конструирование и упаковку. [8]

Потенциал в производстве может также относиться к улучшению сортировки отходов (например, отделение пластика от горючего). Переработка и повторное использование компонентов позволяют производить переработку в процессе улучшения создания продукта, повышая долговечность материала, разработку технологий и правильную закупку компонентов/материалов. [9]

Эффективность использования материалов может способствовать развитию круговой экономики и получению прибыли в отрасли. [10] Некоторые компании применили теорию круговой экономики для разработки стратегий и бизнес-моделей, чтобы замкнуть материальные циклы. [11]

Процесс строительства

С 1971 года мировой спрос на сталь вырос в три раза, на цемент — чуть менее чем в семь раз, на первичный алюминий — почти в шесть раз, а на пластмассы — более чем в десять раз. [12] Значительные материалы, такие как железо и сталь, алюминий, цемент, химические продукты, целлюлоза и бумага, влияют на процесс строительства. Однако использование более эффективных стратегий для производства этих материалов позволит сократить потребление энергии и затраты, не игнорируя при этом сокращение выбросов углерода. [13]

Один из процессов заключается в том, что использование переработанной стали экономит место на свалках, которое в противном случае занимала бы сталь, экономит 75% энергии, необходимой для производства стали в процессе производства, и спасает деревья от вырубки для строительства конструкций. Переработанная сталь может быть изготовлена ​​в точных размерах, необходимых для здания, и может быть превращена в «изготовленные по индивидуальному заказу стальные балки и панели, соответствующие каждому конкретному проекту». [14]

Стратегии

В процессе производства каждый этап может повышать эффективность материала, от проектирования и изготовления до использования и, наконец, до конца срока службы. [12]

Вот некоторые стратегии:

Переработка

Переработка может позволить использовать новые материалы с меньшим уровнем выбросов, такие как сталь, алюминий и другие металлы. [12] Включение переработанных материалов в процесс производства новых товаров является необходимым изменением. Переработка является стандартом для большинства материалов и встречается в каждой стране и экономике. [1] Некоторые материалы, которые могут быть переработаны:

Прессованные алюминиевые банки для переработки.

Алюминиевые банки из переработанного материала требуют всего 4% энергии, необходимой для производства тех же банок из бокситовой руды . Металлы не разлагаются, поскольку они перерабатываются так же, как пластик и бумага, волокна сокращают каждый цикл, поэтому многие металлы являются основными кандидатами на переработку, особенно учитывая их стоимость за тонну по сравнению с другими перерабатываемыми материалами. [16] Алюминий является весьма желательным металлом для переработки, поскольку он сохраняет те же свойства и качество, независимо от того, сколько раз алюминий может быть переработан. В конце концов, после того, как он расплавлен, структура не меняется. [8]

Примерно 36% всего произведенного пластика используется для создания упаковки, 85% из которой оказывается на свалках. [17] Пластиковые отходы представляют собой смесь различных видов пластика. [18] Переработка пластика имеет несколько проблем. Пластик нельзя перерабатывать несколько раз без быстрого ухудшения качества; общий уровень переработки бутылок в 2020 году составил 27,2%, что ниже 28,7% в 2019 году. Каждый час в США выбрасывается 2,5 миллиона пластиковых бутылок. В настоящее время в наших океанах находится около 75 и 199 миллионов тонн пластика, не считая микропластика . [17]

Бумага (особенно газетная) имеет меньшую экономию энергии, чем другие материалы, при этом переработанные продукты стоят на 45% и 21% меньше энергии соответственно. Переработанная бумага имеет большой рынок в Китае. Однако все еще необходимо провести работу по содействию смешанной переработке бумаги вместо газетной. [16] Использование этих методов переработки позволит тратить меньше энергии и ресурсов на извлечение новых ресурсов для использования в производстве. Несмотря на значительный прогресс в переработке за последние десятилетия, бумажный сектор вносит существенный вклад в глобальные выбросы парниковых газов. [19] Целлюлозно-бумажная промышленность производит 50% своей энергии из биомассы, что по-прежнему требует огромных затрат энергии. [8]

Политика

Государственная политика помогает обсуждать и обеспечивать рыночный стимул для более эффективного использования материалов. Препятствия к повышению эффективности материалов включают нерешительность в инвестировании, отсутствие доступной информации и экономические препятствия. [20] Однако в некоторых странах был создан широкий спектр политических стратегий и инноваций для достижения указанных целей. [20] К ним относятся регулирование и руководящие принципы; экономические стимулы; добровольные соглашения и действия; информация, образование и обучение; и финансирование исследований, разработок и демонстраций. [21]

В 2022 году Соединенные Штаты запустили программу «Инновации, эффективность и альтернативы критически важных материалов». Она будет направлена ​​на изучение, разработку, демонстрацию и торговлю с основной целью создания новых альтернатив критически важным материалам, способствуя эффективному производству и использованию. [22] Кроме того, Министерство энергетики США запустило новую программу «Пилотная программа энергоэффективных материалов для некоммерческих организаций», чтобы предоставить некоммерческим организациям финансирование для модернизации строительных материалов с целью повышения энергоэффективности , снижения расходов на коммунальные услуги и сокращения выбросов углерода.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Уоррелл, Эрнст; Оллвуд, Джулиан; Гутовски, Тимоти (2016-11-01). «Роль эффективности материалов в управлении окружающей средой». Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 41 (1): 575–598. doi : 10.1146/annurev-environ-110615-085737 . ISSN  1543-5938.
  2. ^ Allwood, Julian M.; Ashby, Michael F.; Gutowski, Timothy G.; Worrell, Ernst (01.01.2011). «Эффективность материалов: Белая книга». Ресурсы, сохранение и переработка . 55 (3): 362–381. doi :10.1016/j.resconrec.2010.11.002. ISSN  0921-3449.
  3. ^ ab Allwood, Julian M.; Ashby, Michael F.; Gutowski, Timothy G.; Worrell, Ernst (2013-03-13). "Материальная эффективность: предоставление материальных услуг с меньшим материальным производством". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 371 (1986): 20120496. Bibcode : 2013RSPTA.37120496A. doi : 10.1098/rsta.2012.0496. PMC 3575569. PMID  23359746 . 
  4. ^ Лифсет, Рид; Экельман, Мэтью (2013-03-13). «Материальная эффективность в многоматериальном мире». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 371 (1986): 20120002. Bibcode : 2013RSPTA.37120002L. doi : 10.1098/rsta.2012.0002 . PMID  23359743. S2CID  6072153.
  5. ^ Шахбази, Саша (2018). Устойчивое производство через управление эффективностью материалов (диссертация доктора философии). Университет Мелардален.
  6. ^ Öztaş, Saniye Karaman (2015). «Устойчивые производственные процессы строительных материалов: энергоэффективность». Applied Mechanics and Materials . 789–790: 1145–1149. doi :10.4028/www.scientific.net/AMM.789-790.1145. ISSN  1662-7482. S2CID  112786900.
  7. ^ Орр, Джон; Древниок, Михал П.; Уокер, Ян; Айбелл, Тим; Коппинг, Александр; Эммитт, Стивен (01.01.2019). «Минимизация энергии в строительстве: взгляды практиков на эффективность материалов». Ресурсы, сохранение и переработка . 140 : 125–136. doi :10.1016/j.resconrec.2018.09.015. ISSN  0921-3449. S2CID  115514523.
  8. ^ abc OECD (2015-02-12). "Материальная основа глобальной экономики". Material Resources, Productivity and the Environment . OECD Green Growth Studies. стр. 61–68. doi :10.1787/9789264190504-8-en. ISBN 9789264190498.
  9. ^ Шахбази, Саша; Викторссон, Магнус; Курдве, Мартин; Йонссон, Кристина; Бьелкемир, Маркус (2016). «Эффективность использования материалов в производстве: шведские данные о потенциале, барьерах и стратегиях». Журнал более чистого производства . 127 : 438–450. doi :10.1016/j.jclepro.2016.03.143 . Получено 31 августа 2021 г.
  10. ^ Паулюк, Стефан; Херен, Нико (2021). «Эффективность использования материалов и ее вклад в смягчение последствий изменения климата в Германии: глубокий анализ сценария декарбонизации до 2060 года». Журнал промышленной экологии . 25 (2): 479–493. doi : 10.1111/jiec.13091 . ISSN  1088-1980. S2CID  234421904.
  11. ^ Брендстрём, Йохан; Эрикссон, Ола (2022-03-15). «Насколько круговой является цепочка создания стоимости? Предложение показателя эффективности материалов для оценки бизнес-моделей». Журнал более чистого производства . 342 : 130973. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.130973 . ISSN  0959-6526. S2CID  246909298.
  12. ^ abc "Материальная эффективность при переходе на чистую энергию – Анализ". МЭА . Получено 15.12.2022 .
  13. ^ Hertwich, Edgar G; Ali, Saleem; Ciacci, Luca; Fishman, Tomer; Heeren, Niko; Masanet, Eric; Asghari, Farnaz Nojavan; Olivetti, Elsa; Pauliuk, Stefan; Tu, Qingshi; Wolfram, Paul (16.04.2019). «Стратегии повышения эффективности материалов для сокращения выбросов парниковых газов, связанных со зданиями, транспортными средствами и электроникой — обзор». Environmental Research Letters . 14 (4): 043004. Bibcode : 2019ERL....14d3004H. doi : 10.1088/1748-9326/ab0fe3 . hdl : 1721.1/134640 . ISSN  1748-9326. S2CID  159348076.
  14. ^ Рэйни, Ребекка Фэрли (8 февраля 2011 г.). «10 передовых энергоэффективных строительных материалов». How Stuff Works . Получено 23 октября 2015 г.
  15. ^ Цзи, Янцзянь; Цзяо, Роджер Дж.; Чэнь, Лян; У, Чуньлун (2013-02-01). «Зеленая модульная конструкция для эффективности материалов: модель оптимизации совместного лидера и последователя». Журнал чистого производства . 41 : 187–201. doi :10.1016/j.jclepro.2012.09.022. ISSN  0959-6526.
  16. ^ ab "Стоимость переработки". large.stanford.edu . Получено 2022-12-15 .
  17. ^ ab "25 главных фактов и статистики по переработке отходов за 2022 год". Всемирный экономический форум . 22 июня 2022 г. Получено 16 декабря 2022 г.
  18. ^ Лим, Джонхун; Ан, Ючан; Чо, Хёнтэ; Ким, Джунгхван (01.09.2022). «Оптимальная стратегия сортировки пластиковых отходов с учетом экономической целесообразности для повышения эффективности переработки». Безопасность процессов и защита окружающей среды . 165 : 420–430. doi :10.1016/j.psep.2022.07.022. ISSN  0957-5820. S2CID  250475041.
  19. ^ Ван Эвейк, Стайн; Стегеманн, Джулия А.; Экинс, Пол (август 2018 г.). «Глобальные потоки бумаги в течение жизненного цикла, показатели переработки и эффективность материалов: глобальные потоки бумаги, переработка, эффективность материалов». Журнал промышленной экологии . 22 (4): 686–693. doi : 10.1111/jiec.12613 . S2CID  38565989.
  20. ^ ab Söderholm, Patrik; Tilton, John E. (2012-04-01). «Эффективность материалов: экономическая перспектива». Ресурсы, сохранение и переработка . 61 : 75–82. doi :10.1016/j.resconrec.2012.01.003. ISSN  0921-3449.
  21. ^ Уоррелл, Эрнст; Левин, Марк; Прайс, Линн; Мартин, Натан; ван ден Брук, Ричард; Блок, Корнелис (1997). «Потенциал и политические последствия повышения эффективности использования энергии и материалов». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  22. ^ "Критические инновации в области материалов, эффективность и альтернативы". Energy.gov . Получено 16.12.2022 .