Un análisis de emisiones de gas del cambio climático en la producción, transporte y uso de hormigón en cimentaciones de losas
Sam L. Altshuler | Estado de California PE, ME | Ingeniero Ambiental Certificado por la Junta
“El uso del sistema de formación de cimientos Wafflemat en la construcción de viviendas residenciales puede reducir el nivel de emisiones del cambio climático en un 20% [el equivalente de 4 a 9 toneladas menos de CO2 liberado a la atmósfera de una casa promedio de 1,800 pies cuadrados] en comparación con el uso de cimentaciones de losas convencionales. También se proyectan otras reducciones de emisiones ”.
Resumen Ejecutivo
El dióxido de carbono (CO2) es el principal gas antropogénico que contribuye a la acumulación de gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre. Las emisiones de CO2 de un proyecto específico se denominan colectivamente "huella de carbono". Las emisiones de CO2 son el resultado del uso de energía de origen fósil durante la producción y el transporte de materiales.
La siguiente es una evaluación de la huella de carbono reducida que resulta cuando se usa una cantidad típica de concreto en los cimientos de una casa residencial de tamaño promedio versus cuando se utiliza Wafflemat.
Entorno regulatorio actual
Antes de considerar cualquier análisis, es útil tener una comprensión general del entorno regulatorio actual. A nivel mundial, el Protocolo de Kioto de 1997 es un acuerdo realizado en virtud de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) en el que los países participantes se comprometen a reducir las emisiones de dióxido de carbono y otros cinco gases de efecto invernadero (metano, óxido nitroso, hexafluoruro de azufre, HFC y PFC) a partir de 2005 en un 5.2% en comparación con los de 1990 (pero tenga en cuenta que, en comparación con los niveles de emisiones que se esperarían para 2010 sin el Protocolo, este objetivo representa un recorte del 29%). Los objetivos nacionales van desde reducciones del 8% para la Unión Europea hasta el 7% para los EE. UU., El 6% para Japón y aumentos permitidos del 8% para Australia y del 10% para Islandia.
En los EE. UU., Los estados individuales han legislado requisitos para las emisiones locales. Por ejemplo, California (la duodécima fuente más grande de dióxido de carbono del mundo) adoptó recientemente el Proyecto de Ley 12 de la Asamblea, que exige que las emisiones del estado se reduzcan a los niveles del año 32 para 2000, los niveles del año 2010 para 1990 y un 2020% por debajo de los niveles del año 80 para 1990. Esto se logrará a través de un límite de emisiones exigible en todo el estado. Además, y con el fin de implementar eficazmente el límite, la AB 2050 ordena a la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) que desarrolle las regulaciones apropiadas y establezca un sistema de informes obligatorio para rastrear y monitorear los niveles de emisiones.
Análisis de estimación de emisiones
Cemento Portland
Según la EPA de EE. UU. AP-42, las emisiones de CO2 de la fabricación de cemento Portland se generan mediante dos mecanismos. Como ocurre con la mayoría de los procesos industriales de alta temperatura y que consumen mucha energía, la combustión de combustibles para generar energía de proceso libera cantidades sustanciales de CO2. También se generan cantidades adicionales, y a menudo sustanciales, de CO2 mediante la calcinación de piedra caliza u otro material calcáreo. Este proceso de calcinación descompone térmicamente el CaCO3 en CaO y CO2. Por lo general, el cemento Portland contiene el equivalente a aproximadamente un 63.5 por ciento de CaO. En consecuencia, se requieren alrededor de 1.135 unidades de CaCO3 para producir 1 unidad de cemento, y la cantidad de CO2 liberado en el proceso de calcinación es de aproximadamente 500 kilogramos (kg) por Mg producido (1,000 libras [lb] por tonelada de cemento). Las emisiones totales de CO2 del proceso pirotécnico dependen del consumo de energía y generalmente caen en el rango de 0.85 a 1.35 Mg de CO2 por Mg de clínker.
Una vez que se fabrica el cemento, se mezcla con agregado fino y grueso y arena para hacer concreto. En los Estados Unidos, no es raro que el concreto residencial se diseñe con una relación agua / cemento de 0.45.Para cumplir con esta especificación, el concreto contendrá de 519 a 639 libras de cemento por yarda cúbica, dependiendo de la cantidad de sustitutos (como fly ceniza) utilizado para cemento. El concreto pesa 3996 libras / yarda cúbica, o aproximadamente 2 toneladas por yarda cúbica.
Combinando los datos, se genera un rango de 440 a 862 libras (0.22 a 0.43 toneladas) de emisiones de CO2 por yarda cúbica de concreto durante su producción. El hormigón con una alta fracción de sustitutos, producido en una instalación más eficiente, tendrá la tasa de emisión de CO2 más baja.
Transporte de hormigón
Cada galón de combustible diesel consumido en el transporte de concreto emite 22.6 libras de CO2 cuando se usa combustible diesel derivado del petróleo (en contraste con el biodiesel). Las emisiones totales de CO2, de boca de pozo a rueda, son
aproximadamente un 20% más dependiendo de la ubicación y la eficiencia de la refinería, o aproximadamente 27 libras / galón. El cemento se transporta a una instalación de dosificación de hormigón en camiones cisterna de cemento a granel. Un camión cisterna de cemento transporta aproximadamente 26.5 toneladas de cemento en una carga y el camión tiene un promedio de aproximadamente 6 millas por galón. El viaje de ida y vuelta promedio para transportar cemento es de aproximadamente 150 millas. Los áridos se transportan en varios camiones de transporte. La entrega promedio es de 25 toneladas y el viaje de ida y vuelta promedio es de 40 millas. El hormigón se transporta en un camión hormigonera especializado. Debido al excesivo tiempo de inactividad, un camión hormigonera tiene un promedio de 4 mpg. La carga promedio en un camión de concreto es de aproximadamente 8.5 cúbicos cúbicos. La combinación de las emisiones de CO2 para varios elementos de transporte necesarios para la producción y entrega del concreto al sitio de trabajo da como resultado aproximadamente 34 a 35 libras (fracción de cemento baja frente a fracción de cemento alta) de CO2 por yarda cúbica de concreto.
Otros atributos
Más allá de la reducción de las emisiones de CO2, también se produciría la reducción de óxidos de nitrógeno (NOx), material particulado, hidrocarburos y monóxido de carbono. Estos también podrían cuantificarse, pero seguirían y correlacionarían con la reducción prevista de CO2.
Totales de emisiones de CO2
La fabricación y el transporte de cemento / hormigón a un lugar de trabajo resulta en 474 a 897 libras (0.24 a 0.45 toneladas) de CO2 por yarda de hormigón. La mayor parte del CO2 proviene de la producción de cemento para el hormigón con una cantidad significativamente menor aportada por el transporte del material.
Conclusión
Las comparaciones de numerosos planos de planta han demostrado que, en un promedio de casa de 1,800 a 2,000 pies cuadrados, el sistema de formación de cimientos Wafflemat generalmente reduce el uso de 5 a 40 yardas de concreto (según el tamaño de las vigas interiores utilizadas) en comparación con una estructura nervada equivalente. o losa de cimentación de espesor uniforme (UTF) de 10 ”. Suponiendo 20 yardas de reducción, las emisiones de CO2 correspondientes se reducirían de 4.8 a 9.0 toneladas, o aproximadamente un 20% menos que las cimentaciones de losas convencionales.
En otras palabras, las emisiones de CO2 reducidas al usar el sistema WAFFLEMAT son equivalentes a las emitidas cuando se usan de 405 a 766 galones de gasolina (23.4 lbs / gal, ciclo de combustible completo), o suficiente combustible para conducir un automóvil con un promedio de 35 MPG 14,000 a 27,000 millas .
Resumen
El uso de Wafflemat en la construcción de viviendas residenciales puede reducir el nivel de emisiones del cambio climático en un 20% en un hogar promedio de 1,800 pies cuadrados, el equivalente a 4 a 9 toneladas menos de CO2 liberado a la atmósfera, en comparación con el uso de cimientos de losas convencionales. También se proyectan otras reducciones de emisiones.
Referencias
EPA de los Estados Unidos AP-42, enero de 1995
WAFFLEMATTM, Patente de Estados Unidos 5,540,524, 1996
Protocolo de Kyoto, CMNUCC, diciembre de 1997
Proyecto de ley 32 de la Asamblea de California, diciembre de 2006
Contribuir
Joe Sostaric, presidente de RS Solutions LLC
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