CZY GEOTECHNIKA JEST JUŻ GOTOWA NA ZEROWĄ EMISJĘ?

Spróbujmy odpowiedzieć na tytułowe pytanie: czy współczesna geotechnika jest już gotowa na wyzwania związane z osiągnięciem neutralności emisyjnej?

„Nazywam się Johann Keller i żyłem w okresie pierwszej rewolucji przesyłowej. W tych czasach nikt nie myślał jeszcze o zielonej transformacji. Pomimo tego opracowałem przyjazną środowisku technologię zagęszczania gruntu za pomocą wibroflotacji. Kolejnym etapem rozwoju było skonstruowanie wibratora śluzowego do wykonywania kolumn żwirowych. Obie metody sąefektywnym, ale przede wszystkim ekologicznym, sposobem poprawy właściwości mechanicznych gruntu.”

Wielce prawdopodobne jest, że w ten sposób opowieść o zielonej geotechnice rozpocząłby założyciel firmy Keller. Zanim jednak będziemy kontynuować tę historię chcielibyśmy wyjaśnić dlaczego zajmujemy się tym tematem.

Ambitne wyzwania
Jedną z przyczyn jest przyjęty przez Unię Europejską pakiet „Fit for 55”, którego celem jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o 55% do roku 2030 roku, oraz osiągnięcie całkowitej neutralności klimatycznej gospodarek europejskich do 2050 roku. Istniejące budynki, budowle oraz cały sektor budownictwa łącznie odpowiadają za 36% globalnego zużycia energii oraz aż za 39% globalnej emisji C0₂. Już do 2030 r. nowo powstałe obiekty powinny być zeroemisyjne, a do 2050 r. obowiązek ten obejmie wszystkie budynki Unii Europejskiej.

Ustalony przez UE cel, ale przede wszystkim harmonogram dojścia do neutralności emisyjnej pozostają bardzo ambitne.  Stanowią one dla branży  budowlanej nie lada wyzwanie. Nasuwa się zatem pytanie, czy jesteśmy w stanie spełnić nakładane na budownictwo wymagania, czy jesteśmy gotowi na osiągnięcie kamienia milowego i redukcję emisji CO₂ o 55% do 2030?

Innym czynnikiem jest nowa dyrektywa unijna CSRD (Corporate Sustainability Reporting Directive) dotycząca raportowania kwestii związanych ze zrównoważonym rozwojem przez szeroko rozumiany biznes, która weszła w życie w 2023 roku. Według Komisji Europejskiej, nowe przepisy mają dostarczyć inwestorom i innym zainteresowanym stronom dostęp do informacji niezbędnych do oceny ryzyka inwestycyjnego związanego ze zrównoważonym rozwojem. Jednocześnie mają one stworzyć kulturę przejrzystości w zakresie wpływu przedsiębiorstw na ludzi i środowisko, a także przyczynić się do redukcji kosztów sprawozdawczości dla przedsiębiorstw poprzez harmonizację informacji. Jedną z istotnych kwestii podlegających sprawozdawczości będzie emisja CO₂.

Opowieść o zielonej geotechnice
Zgodnie z GHG (Greenhouse Gas Protocol) emisję CO₂ dzielimy umownie na trzy zakresy:

• pierwszy dotyczy emisji bezpośrednich ze spalania paliw w organizacji (np. paliw do maszyn budowlanych);
• drugi wiąże się z emisjami pośrednimi powstałymi w wyniku produkcji energii elektrycznej itp.;
• trzeci dotyczy emisji z tak zwanego łańcucha dostaw (czyli głównie zużycie materiałów).

Kalkulowanie emisji w zakresie pierwszym i drugim jest stosunkowo proste. W przypadku firm geotechnicznych dotyczy głównie spalania paliwa przez maszyny budowlane oraz samochody służbowe (zakres 1). Odbywa się na podstawie ewidencji lub faktur zakupowych. Jeżeli chodzi o zakres drugi, emisja jest kalkulowana na podstawie faktur zakupowych energii elektrycznej. Najwięcej zaangażowania wymaga zakres trzeci, czyli materiałowy, w którym należy uwzględnić emisję w trakcie produkcji materiałów budowlanych, transport z miejsca wytworzenia do miejsca wbudowania oraz pozostałe elementy procesu budowlanego. Opierając się na doświadczeniach europejskich firmy Keller, można stwierdzić, że coraz sprawniej odbywa się nie tylko raportowanie, ale również kalkulacja śladu węglowego dla planowanych projektów.

Przedstawione na rysunku 1 informacje będą coraz istotniejsze z uwagi na przyszłe wymogi sprawozdawczości. Niemniej jednak dla osiągnięcia zakładanych przez UE celów neutralności emisyjnej coraz ważniejsze będzie dobranie technologii, zmiana procesu wykonawczego, aby maksymalnie ograniczyć emisję CO₂ w procesie inwestycyjnym.

Zeroemisyjna budowa – case study
Ciekawy przykład budowy neutralnej emisyjnie zrealizowanej przez firmę Keller pochodzi zza Odry.

We Frankfurcie nad Menem firma Keller zaprojektowała i wykonała zabezpieczenie wykopu wraz z robotami ziemnymi. Projekt przewidywał trzykondygnacyjny wykop o średniej głębokości sięgającej 13 m p.p.t. Jednym z istotnych geotechnicznych wyzwań było zagłębienie się ok. 3 m poniżej stropu skał wapiennych. Poniżej wapieni zalegały iły frankfurckie, wymagające głębokiego palowania. Mając na uwadze lokalne warunki gruntowe, zabezpieczenie wykopu zaprojektowano jako palisadę z pali w orurowaniu CCFA (Cased Continuous Flight Auger), a palowanie pod część wysoką w postaci pali wierconych o średnicy 1,5 m. Keller zaproponował największą redukcję emisji CO₂ w stosunku do rozwiązania o ryginalnego na etapie wyboru wykonawcy. Kotwienie palisady zaprojektowano i wykonano z zastosowaniem kotew wielobuławowych SBMA. Dzięki temu zmniejszono liczbę kotew, a co za tym idzie – materiału i urobku. Palownice zasilane były paliwem HVO zamiast typowego ON. HVO jest to paliwo wytworzone z uwodorowienia olejów roślinnych, dzięki czemu redukuje się emisje ze spalania nawet do 90 proc. Istotne pod względem redukcji emisji CO₂ były zaproponowane zmiany składu mieszaniny betonowej oraz zaczynu cementowego do wykonania kotew oraz mikropali. Zastosowano cement CEM III zamiast CEM I. Ponadto przy wyborze dostawców materiału oraz firm zagospodarowujących urobek z wykopu uwzględniany był ślad węglowy pochodzący z transportu. Do transportu betonu używano betonowozów z napędem elektrycznym. Dzięki zabiegom projektowym, organizacyjnym i materiałowym Keller zrealizował zabezpieczenie głębokiego wykopu, palowanie oraz kotwienie płyty fundamentowej, emitując o 57,5 proc. mniej CO₂. Pozostała emisja, której nie udało się uniknąć, została skompensowana nasadzeniem drzew.

Sztuka doboru technologii i materiałów
Opisywany przykład zeroemisyjnej budowy opierał się na technologiach wykorzystujących materiał o znacznym śladzie węglowym. Taka jest specyfika obudów głębokich wykopów, w większości przypadków bazują one na cemencie/betonie i stali.

W przypadku wzmocnienia gruntu dla takich obiektów jak np. nasypy drogowe czy kolejowe, a także budynków istnieje możliwość stosowania technologii bardziej przyjaznej środowisku, o której wspomnieliśmy na samym początku artykułu, czyli kolumn żwirowych. Zwykle polega to na zamianie posadowienia pośredniego na bezpośrednie na wzmocnionym podłożu. Poniżej dla przykładu porównamy wzmocnienie kolumnami betonowymi przemieszczeniowymi o średnicy 40 cm z kolumnami żwirowymi o średnicy 60 cm, przy założeniu takiej samej powierzchni wzmocnienia wynoszącej 14 tys. m².

Aby utrudnić zadanie, założymy różne rozstawy kolumn. W przypadku elementów betonowych kolumny będą w rozstawie 2,0 m, a elementy żwirowe 1,6 m (sumarycznie kolumn żwirowych więcej o 56 proc.). Do wykonania kolumn betonowych przyjmiemy beton klasy C30/37 S4 na cemencie CEM III/A. W przypadku posadowienia nasypów na gruntach słabonośnych skrajne rzędy kolumn się zbroi, a w przypadku niedostatecznej sztywności materaca może zaistnieć konieczność zbrojenia wszystkich kolumn. Realizując wzmocnienie pod posadzką, część z kolumn będzie zbrojona ze względu na ich nierównomierne odkopanie w trakcie wykonania instalacji podsadzkowych. Mając na uwadze powyższe, w niniejszym przykładzie zakładamy 25-proc. udział elementów zbrojonych. Z porównania obu rodzajów wzmocnienia gruntu wynika, że w przypadku wzmocnienia za pomocą kolumn żwirowych emisja gazów cieplarnianych jest o 38 proc. niższa niż porównywalne wzmocnienie za pomocą kolumn betonowych. W przypadku 1 mb różnica jest jeszcze większa, bo wynosi aż 60 proc.

Wracając do tytułowego pytania: czy geotechnika jest już gotowa na wyzwania związane z osiągnięciem neutralności emisyjnej? Odpowiedź nie jest prosta. Świadomość branży budowlanej rośnie. Zmieniające się prawodawstwo oraz oczekiwania instytucji finansujących, inwestorów wpływać będą coraz silniej na działalność firm budowlanych oraz wymuszać stosowanie „zielonych”, bardziej przyjaznych technologii. A takie już istnieją i jak pokazuje przykład budowy z Frankfurtu, poprzez odpowiednie zabiegi jesteśmy już obecnie w stanie znacznie obniżyć emisję. Jedną z głównych przeszkód stanowi zwykle większy koszt, ale również brak wiedzy czy też motywacji.