Введение

Эффективность использования материалов – это описание или показатель ((Mp) – отношение использованного материала к поставленному материалу), отражающий снижение количества конкретного материала, необходимого для производства определенного продукта. Изготовление функционального изделия из материала меньшей толщины, чем в предыдущей версии, повышает материальную эффективность производственного процесса. Эффективность использования материалов связана с «зеленым» строительством и энергосбережением, а также с другими способами интеграции возобновляемых ресурсов в строительный процесс на всех этапах. К последствиям повышения эффективности использования материалов относятся снижение энергопотребления, сокращение выбросов парниковых газов и других негативных воздействий на окружающую среду, таких как землепользование, дефицит воды, загрязнение воздуха и воды, а также управление отходами. Рост населения и увеличение благосостояния могут привести к увеличению спроса на добычу материалов, в результате чего объемы их переработки могут удвоиться в ближайшие 40 лет. Повышение эффективности использования материалов позволяет снизить негативное воздействие потребления материалов. К формам повышения эффективности использования материалов относятся увеличение срока службы существующих продуктов, более полное их использование, повторное использование компонентов для предотвращения образования отходов и снижение количества используемого материала за счет облегченной конструкции изделия. Производство строительных материалов, таких как сталь, железобетон и алюминий, сопровождается выбросами. В 2015 году производство материалов для строительства зданий стало причиной 11% глобальных выбросов, связанных с энергетикой. Наибольшим рынком сбыта алюминия является транспортный сектор, а более мелкие области применения включают строительство, упаковочную промышленность и другие отрасли. Потенциал в производстве также может заключаться в улучшении раздельного сбора отходов (например, отделения пластика от горючих материалов). Переработка и повторное использование компонентов позволяют проводить восстановление в процессе улучшения производства, повышать долговечность материала, развивать технологии и осуществлять правильную закупку компонентов и материалов. Эффективность использования материалов способствует развитию циркулярной экономики и увеличению добавленной стоимости в отрасли. Некоторые компании применяют теорию циркулярной экономики для разработки стратегий и бизнес-моделей, направленных на замкнутый цикл использования материалов.

Строительный процесс

С 1971 года мировой спрос на сталь вырос в три раза, на цемент – почти в семь раз, на первичный алюминий – почти в шесть раз, а на пластмассы – более чем в десять раз. Важные материалы, такие как железо и сталь, алюминий, цемент, химическая продукция и целлюлозно-бумажная продукция, оказывают влияние на строительный процесс. Однако применение более эффективных стратегий производства этих материалов позволит снизить энергозатраты и себестоимость, не пренебрегая сокращением выбросов углекислого газа. Например, использование переработанной стали позволяет экономить место на полигонах, которое она заняла бы в противном случае, снижает энергозатраты на производство стали на 75% и сохраняет деревья от вырубки для строительства. Переработанную сталь можно изготовить в точном соответствии с необходимыми размерами для здания, создавая "стальные балки и панели, адаптированные к каждому конкретному проекту".

Стратегии

В процессе производства каждый этап может повысить эффективность использования материалов, начиная с проектирования и изготовления, в процессе эксплуатации и, наконец, до конца срока службы. Долговечность: увеличение срока службы продукции посредством перепроектирования или ремонта. Более интенсивное использование и продление срока службы продукции или зданий путем ремонта и восстановления могут снизить потребность в материалах для производства новых изделий. Алюминий – высокоценный металл для переработки, поскольку он сохраняет свои свойства и качество, независимо от количества циклов переработки. В конце концов, после расплавления его структура не изменяется. Пластиковые отходы представляют собой смесь различных видов пластика. Переработка пластика сопряжена с рядом трудностей. Пластик нельзя многократно перерабатывать без значительной потери 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 океанах находится от 75 до 199 миллионов тонн пластика, не считая микропластика. Целлюлозно-бумажная промышленность производит 50% своей энергии из биомассы, что все еще требует значительных энергозатрат. Однако в некоторых странах разработан широкий спектр политических стратегий и инноваций для достижения указанных целей. В 2022 году Соединенные Штаты запустили программу "Инновации в области критически важных материалов, эффективность и альтернативы". Она направлена на изучение, разработку, демонстрацию и торговлю с главной целью – создание новых альтернатив критически важным материалам, а также содействие эффективному производству и использованию. Кроме того, Министерство энергетики США представило новую программу "Пилотная программа по энергоэффективным материалам для некоммерческих организаций" для предоставления некоммерческим организациям финансирования на модернизацию строительных материалов с целью повышения энергоэффективности, снижения коммунальных платежей и сокращения выбросов углекислого газа.