Tavanomaisen rakennustekniikan ympäristövaikutukset

Rakennusteollisuuden osuus kasvihuonekaasujen kokonaispäästöistä on noin 23 prosenttia, ja sen päästöt ovat raskaita koneita.Kaivikoneet, kaivurit, nosturit ja kuormaajat ovat kaikkien paikkojen hiilivaltaisimpia. Yksi suuri dieselkaivuri voi päästää yhtä paljon hiukkaspäästöjä ja typen oksideja tunnissa kuin kymmenessä henkilöautossa. Nämä päästöt kiihdyttävät ilmastonmuutosta ja luovat myös paikallisia terveysriskejä, jotka vaikuttavat hengityselinsairauksiin, sydän- ja verisuoniongelmiin ja ennenaikaisiin kuolemiin rakennustyöntekijöiden ja lähiyhteisöjen keskuudessa. Tämän alan hiilidioksidipäästöjen vähentämisellä ei ole koskaan ollut suurempi kiire, ja siirtyminen kohti ympäristöystävällisiä rakennuslaitteita, jotka toimivat uusiutuvilla energialähteillä, tarjoaa uskottavan ja skaalautuvan tien eteenpäin.

Miksi ympäristöystävälliset rakennuslaitteet

Dieselkäyttöisten koneiden korvaaminen uusiutuvilla energialähteillä tuottaa useita lisähyötyjä. Ensinnäkin se vähentää suoraan hiilidioksidipäästöjä (CO2) ja ilman epäpuhtauksien kriteereitä, parantaa työntekijöiden ilmanlaatua. Toiseksi se vähentää teollisuuden riippuvuutta haihtuvista fossiilisista polttoaineista, lisää ennustettavissa olevia toimintakustannuksia. Kolmanneksi sääntelyelimet maailmanlaajuisesti tiukentavat päästöstandardeja. Esimerkiksi Yhdysvaltojen ympäristönsuojeluvirasto (EPA) Tier 4 -tasolle ja tuleville Tier 5 -säännöille ja Euroopan unionin V -vaiheelle (Stage V) asetettujen vaatimusten mukaisesti nollapäästöisten laitteiden käyttöoikeuden lisäksi myös monissa projekteissa suositaan yhä enemmän sähkö- ja vetykäyttöisiä laitteita. Neljänneksi yritykset, jotka hyväksyvät kestäviä laitteita, saavat kilpailuetua vihreiden hankkeiden tarjouskilpailuissa ja noudattavat ympäristö-, sosiaali- ja hallintovaatimuksia.

Uusiutuvan energian teknologiat Voimansiirtolaitteet

Siirtyminen ympäristöystävällisiin rakennuslaitteisiin perustuu useisiin toisiaan täydentäviin teknologioihin, jotka soveltuvat eri konetyyppeihin ja työjaksoihin.

Akku-sähköjärjestelmät

Akun sähkökäyttöinen rakennuslaite käyttää suuria litium-ion- tai solid-state-akkupaketteja sähköenergian varastoimiseksi, joka sitten muuntuu sähkömoottoreilla mekaaniseksi energiaksi. Nämä koneet tuottavat nollapakokaasupäästöjä ja merkittävästi alhaisempia melutasoja.Tällainen on tärkeä etu kaupunki- tai meluherkissä ympäristöissä. Valmistajat, kuten Volvo Construction Equipment, JCB ja Caterpillar, ovat ottaneet käyttöön kompaktin ja keskikokoisen sähkökaivurin, pyöräkuormaajat ja teleskooppilaitteet. Esimerkiksi Volvo.25 Sähkökompakti kaivinkone on suunniteltu sisä- ja kaupunkityömaisille työpaikoille, jotka tarjoavat jopa kahdeksan tuntia käyttöaikaa yhdellä latauksella.

Vetypolttokennot

Suuremmille koneille, jotka vaativat pidennettyjä käyttötunteja tai nopeaa tankkausta, vetypolttokennot tarjoavat pakottavan vaihtoehdon. Polttokennot muuntavat vetykaasun ja hapen sähköksi, vesihöyryn ainoana sivutuotteena. Vetykäyttöiset kuormaajat, kaivinkoneet ja jopa raskaat kuorma-autot ovat osoittaneet Hyundain rakennuslaitteiden, Liebherrin ja JCB:n kaltaiset yritykset. Keskeinen etu on energiatiheys: vety voi varastoida enemmän energiaa kiloa kohti kuin akut, mikä tekee siitä sopivan suuritehoisiin sovelluksiin, jotka muutoin edellyttäisivät valtavia raskaita akkupakkauksia. Kuitenkin nykyisellään laajalle levinneen vedyn tankkausinfrastruktuurin puuttuminen rajoittaa käyttöönottoa pilottihankkeisiin tai kohteisiin, joissa vetyä tuotetaan, usein elektrolyysillä, uusiutuvalla sähköllä (vihreä vety).

Aurinko- ja tuulivoimajärjestelmät

Uusiutuvaa energiaa voidaan käyttää myös suoraan voimalaitteisiin tai paristojen lataamiseen paikan päällä. Aurinkovoimalla varustetut nosturit on varustettu esimerkiksi nosturin rakenteeseen tai lähistön maastorakenteisiin asennetuilla aurinkosähköpaneeleilla, jotka tarjoavat osan nosto- ja säätötehosta. Jotkut valmistajat tarjoavat kannettavia akkupaketteja, joita voidaan ladata uudelleen aurinkolaturien avulla. Tuuliavusteisissa ajoneuvoissa on pieniä tuuliturbiineja, jotka täydentävät tehoa, kun olosuhteet ovat suotuisat, vaikka tämä teknologia pysyy kapealla alueella ja sitä käytetään useammin apuakkujen lataamiseen kuin ensisijaisen käyttövoiman käyttöön. Käytännöllisempää on ottaa käyttöön suuria aurinkokatoksia työmaa-alueen pysäköinti- tai varastointialueiden päälle, ja varastoida energiaa, jota varastoidaan sitten kiinteissä paristopankeissa ja käytetään sähkölaitteiden lataamiseen yön aikana tai taukojen aikana.

Energiantuotanto- ja varastointiinfrastruktuuri

Ympäristöystävällisten rakennuslaitteiden tehokkuus riippuu suuresti siitä, onko käytössä puhdasta energiaa paikan päällä. Perinteiset dieselsäiliöt korvataan integroiduilla mikrogrideillä, joissa yhdistyvät aurinkopaneelit, tuuliturbiinit, akkujen energian varastointijärjestelmät (BESS) ja kaksisuuntaiset latausasemat. Nämä mikrogridit voidaan koota vastaamaan laitekannan erityisiä sähköntarvetta, jolloin akut voidaan ladata nopeasti ja luotettavasti. Kauko-ohjattavissa olevissa paikoissa kannettavissa aurinkojärjestelmissä ja akkukonteissa on mahdollista luoda oma energiankierto. Jotkut yritykset kokeilevat ajoneuvo-grid-teknologiaa (V2G).

Tapaustutkimukset ja tosimaailman sovellukset

Useat korkean profiilin hankkeet osoittavat, että uusiutuvalla energialla toimivat rakennuslaitteet ovat kannattavia. Tukholmassa Ruotsissa suuri infrastruktuurin parannuskäytetyt akku-sähkö kaivinkoneet ja kuormaajat, jotka toimivat yksinomaan sähköverkolla ja aurinkopaneeleilla. Hankkeessa raportoitiin hiilidioksidipäästöjen vähentymisestä 90 prosenttia ja melun vähentymisestä 50 prosenttia lähiasukkaiden taholta. Kaliforniassa suuri kaivosoperaattori korvasi dieselkuljetusautot vetypolttokennojen prototyypeillä, mikä vähentää dieselin kulutusta yli 1000 litraa päivässä. Yhdistyneessä kuningaskunnassa HS2-urakoitsijat kokeilivat JCB.:n vetykäyttöisiä maatyömaakuormaajia, mikä johtaa nollapäästöiseen toimintaan täysillä työvuoroilla. Nämä esimerkit osoittavat, että teknologia ei ole pelkästään teoreettinen vaan tuottaa jo mitattavissa olevia ympäristö- ja toimintahyötyjä.

Laaja-alaisen adoption haasteet

Esteet ovat kuitenkin edelleen merkittäviä ennen kuin ympäristöystävällisten rakennuslaitteiden valtavirtaantuloa. Välittömintä on pääomakustannukset: akku- ja vetykoneet maksavat tyypillisesti 30-100 prosenttia enemmän kuin niiden dieselpolttoaineet, vaikka kokonaiskustannukset ovatkin ennustukset raskaille käyttäjille 5-7 vuoden kuluessa. Akun kesto ja latausnopeus ovat myös huolissaan . Nopein lataus edellyttää korkeatehoista infrastruktuuria, jota ei välttämättä ole saatavilla syrjäisillä paikoilla, ja kylmän ilman suorituskyky voi heikentää akkuvalikoimaa ja tehokkuutta. Vetypolttokennot kohtaavat omat esteensä: vihreän vedyn tuotanto on edelleen energiaintensiivistä, vedyn kuljetus ja varastointi ovat kalliita ja polttoaineasemat ovat harvassa. Lisäksi akkujen ja polttokennojen valmistus aiheuttaa oman ympäristöjalanjäljen, mukaan lukien litiumin, koboltin ja platinan tuotanto, jota on hallittava kestävästi.

Tulevaisuudennäkymät ja innovaatiot

Nämä haasteet on nopeasti ratkaistu. Vakaat paristot lupaavat suurempaa energiatiheyttä, nopeampaa latausta ja parempaa turvallisuutta, ja niiden kaupallista saatavuutta odotetaan seuraavien kolmen tai viiden vuoden aikana. Vetyelektrolyysin ja hiilen talteenottotekniikan kehitys alentaa vihreän vedyn kustannuksia, ja hallitukset EU:ssa, Japanissa ja Yhdysvalloissa investoivat voimakkaasti vetyinfrastruktuuriin. Laitteiden valmistajat tutkivat hybridijärjestelmiä, joissa yhdistetään pieniä akkuja polttokennoihin tai vety-polttomoottoreihin, jotta joustava teho voidaan tarjota muuttuviin käyttöjaksoihin. Itsenäiset rakennuslaitteet, jotka on yhdistetty täsmällisiin energianhallintaohjelmistoihin, voivat optimoida akun käyttöä ja vähentää jätettä. Lisäksi pyörösuunnittelun periaatteet. Esimerkiksi modulaariset akut, joita voidaan vaihtaa tai käyttää uudelleen, vähentävät näiden koneiden elinkaaren ympäristövaikutuksia.

Poliittiset ja teollisuusaloitteet, joiden tarkoituksena on hyväksyä

Hallituksen politiikka on voimakas katalysaattori. EPA:n Clean Construction Initiative ja vastaavat ohjelmat Euroopassa (esim. France.S.S.4.0.0.0) tarjoavat avustuksia ja verokannustimia päästöttömien laitteiden ostamiseen. Tiukemmat päästömääräykset, mukaan lukien dieselmoottoreiden kiellot joissakin Euroopan kaupungeissa vuoteen 2030 mennessä, pakottavat urakoitsijat siirtymään aikaisin. Teollisuusryhmät, kuten kansainvälinen puhtaan liikenteen neuvosto ja puhtaan energian ministeriryhmä Raskas-Huippuajoneuvotyöryhmä, kehittävät yhteisiä standardeja lataamista, tankkaamista ja suorituskyvyn testausta varten. Monet suuret rakennusyritykset, kuten Skanska, Vinci ja Bechtel.

Päätelmät

Uusiutuvien energialähteiden käyttöön perustuvien rakennuslaitteiden kehittäminen on ratkaiseva virstanpylväs kohti kestävää rakennettua ympäristöä. Akku-sähkö-, vetypolttokenno- ja aurinkoavusteiset koneet osoittavat jo nyt, että on mahdollista rakentaa siltoja, pilvenpiirtäjiä ja teitä ilman raskasta dieselpäästöjen veroa. Vaikka kustannukset ja infrastruktuurin esteet ovat edelleen olemassa, ne ovat hupenemassa teknologisen innovoinnin, uusiutuvien energialähteiden hintojen laskun ja vahvojen poliittisten signaalien vuoksi. Sopimuspuolet, laitevalmistajat ja projektinomistajat, jotka investoivat ympäristöystävällisiin laitteisiin, eivät ainoastaan pienennä ympäristöjalanjälkeään vaan myös asettavat itsensä nopeasti muuttuvan teollisuuden johtohenkilöiksi. Siirtymässä ei ole enää kysymys siitä, onko se nopeampaa vaan myös nopeampaa.

Ulkoiset resurssit lisälukea varten: