Impactul asupra mediului a adezivilor aplicați construcțiilor din lemn

Impactul asupra mediului a adezivilor aplicați construcțiilor din lemn

Cererea pentru construcții din lemn a crescut în ultimii ani și două motive principale sunt responsabile pentru aceasta: pe de o parte, creșterea conștientizării problemelor de mediu, cum ar fi epuizarea fosilelor și schimbările climatice, și pe de altă parte, sprijinul tehnologiilor adezivilor, care permit folosirea lemnului pentru lucrări de construcție noi și solicitante. Dar, care este impactul acestor adezivi față de mediu? Subiectul a fost analizat în cadrul lucrării cu titlul ”Life cycle assessment (LCA) of adhesives used in wood constructions”, elaborat de un colectiv condus de Prof. Dr. Stefanie Hellweg, de la Institute of Ecological Systems, din Zurich.

O aplicație promițătoare

O aplicație foarte promițătoare și nouă a lemnului în construcții este cheresteaua stratificată încrucișată (CLT). Cu toate acestea, performanța de mediu a lemnului, ca singur material de construcție regenerabil și durabil cunoscut, este afectată de utilizarea adezivilor sintetici.

Studii recente au evidențiat deja adezivii ca un punct fierbinte al performanței de mediu a produselor din lemn compozit. Adezivii tradiționali pe bază de formaldehidă, cum ar fi melamină uree formaldehidă (MUF), fenol formaldehidă (PF) și fenol resorcinol formaldehidă (PRF), au fost utilizați pentru construcția din lemn.

Astăzi, noi adezivi fără formaldehidă, cum ar fi poliuretanul (PUR), sunt, de asemenea, disponibili pentru producția de construcții din lemn. Poliuretanul are două beneficii.

În primul rând, există performanța de mediu, adică înlocuirea formaldehidei, despre care se suspectează că are un impact negativ asupra sănătății umane; și în al doilea rând, este necesară o cantitate mai mică de adeziv PUR pentru producția de CLT. Prin urmare, se suspectează că adezivul PUR are un impact mai mic asupra mediului în comparație cu adezivii tradiționali.

Analiza și evaluarea probelor

Datele pentru producția de adezivi MUF, PF și PRF au fost colectate din diferite surse din literatură, iar datele pentru PUR au fost furnizate de o companie din Elveția. În cadrul studiului au fost măsurate emisiile provenite din două companii diferite,  pentru a observa impactul și riscul profesional din aplicarea adezivilor într-o fabrică de cherestea laminată cu lipici.

Pentru a finaliza evaluarea ciclului de viață, impactul adezivului în timpul fazei de utilizare și eliminării finale au fost, de asemenea, evaluate folosind date și modele preluate din literatura existentă.

Pentru producția de CLT, PUR are cel mai scăzut impact asupra mediului. Acest lucru se datorează în principal faptului că este nevoie de o cantitate mică de adeziv și nu este necesară nici un întăritor suplimentar. Cu toate acestea, rezultatul final al metodei ReCiPe include o cântărire subiectivă care are o influență mare asupra rezultatului.

În plus, nu a fost efectuată nicio analiză de incertitudine, deoarece unele dintre date au fost agregate și diferențele dintre majoritatea adezivilor sunt prea mici pentru a fi semnificative. Pentru toți adezivii, producția de materie primă are cel mai mare impact asupra rezultatului final al metodei ReCiPe.

Impact negativ asupra sănătății umane

În timpul aplicării, nu au fost măsurate emisii mari și niciuna dintre substanțe nu a depășit pragul concentrației maxime la locul de muncă (MAK). Dar totuși impactul calculat asupra toxicității umane cu metoda Usetox a rezultat pentru MUF în impacturi mai mari pentru aplicare decât pentru producție.

Pentru toți adezivii s-au observat impacturi mai mari asupra toxicității umane pentru faza de utilizare, apoi pentru producția lor și, de asemenea, impactul de la eliminarea finală determinat cu instrumentul LCA4AFR a fost mai mic în comparație cu producția adezivilor.

Conform constatărilor evaluării ciclului de viață cu metoda ReCiPe și pentru a reduce impactul adezivilor utilizați în construcțiile din lemn, o posibilitate ar fi să se concentreze asupra materiilor prime.

Există mai multe opțiuni diferite: una ar fi înlocuirea materiilor prime sintetice cu materiale regenerabile, cum ar fi lignina, taninul, lichidul de coajă de caju și uleiul de ricin. Aceste materiale au fost deja testate pentru produse din lemn compozit, dar nu au fost încă încercate pentru construcții din lemn.

Un punct fierbinte

Studii recente arată că adezivul pentru lemn este un punct fierbinte de mediu al ciclului de viață al produselor din lemn compozit. S-au constatat contribuții semnificative la următoarele categorii de impact: încălzirea globală, formarea de oxidanți fotochimici, acidificare, eutrofizare, toxicitate (Pacheco-Torgal și colab., 2014; Silvaa și colab., 2013).

De exemplu, producția de materie primă pe bază de petrol pentru aminoadezivi afectează în primul rând epuizarea fosilelor, acidificarea, încălzirea globală, epuizarea abiotică și eutrofizarea. Emisiile de formaldehidă ale adezivului, pe de altă parte, au un impact asupra oxidării fotochimice, ecotoxicității și toxicității umane (Silvaa et al., 2013).

Impacturi similare sunt de așteptat și pentru toți ceilalți adezivi pentru lemn sintetic. Adezivii sintetici utilizați pentru producția de lemn au o materie primă fosilă bazată în principal pe petrol, iar producția de materie primă necesită multă energie, care este produsă în principal din combustibili fosili. Combustibilii fosili, și în special petrolul, sunt cel mai evident și important exemplu. Prin urmare, adezivii utilizați pentru producerea construcțiilor din lemn au un impact asupra epuizării resurselor finite.

Emisia de noxe

Utilizarea materiei prime fosile este doar un aspect al impactului asupra mediului al adezivilor pentru lemn. Celălalt aspect care ar trebui luat în considerare atunci când se evaluează impactul asupra mediului al adezivilor pentru lemn sunt emisiile care apar în timpul aplicării producției de lemn de inginerie și faza de utilizare a produsului din lemn.

Aceste emisii au un potențial impact negativ asupra mediului interior și, prin urmare, prezintă un risc pentru sănătatea persoanelor care sunt expuse la ele la locul de muncă sau acasă (González-García et al., 2011). Adezivii tradiționali pentru lemn conțin formaldehidă, care poate fi parțial emisă în timpul aplicării și în faza incipientă a fazei de utilizare a produsului din lemn.

Problema emisiei de formaldehidă din produsele din lemn prelucrat a fost identificată în anii 1960. După descoperirea inițială, au fost introduse valori de prag și a fost scăzut conținutul de formaldehidă al adezivilor (Gomez-Bueso & Haupt, 2010).

De când tendința de construire a clădirilor moderne etanșe la aer a început în ultimii ani, problema emisiilor de formaldehidă din produsele din lemn în mediul interior a crescut (Less et al., 2015). Dar ar fi posibile și emisii din adezivul PUR fără formaldehidă.

Acolo se presupune că emisiile de izocianați au un impact asupra calității aerului din interior (Streil, 2006). În general, emisiile de la produsele din lemn prelucrat utilizate în construcții, cum ar fi CLT, sunt considerate a fi mult mai mici decât emisiile de la produsele din lemn compozit, cum ar fi plăcile aglomerate.

Pentru producția de produse din lemn prelucrat, utilizate în construcții, este necesar mai puțin adeziv și doar o cantitate mică de adeziv este amplasată direct pe suprafața produsului. Prin urmare, pentru produsele din lemn utilizate în construcții, se preconizează că emisiile vor fi mai mari în timpul procesului de fabricație decât în ​​faza de utilizare (Barr et al., 2010). În cele ce urmează, sunt descrise în detaliu impactul asupra sănătății și valoarea prag a substanțelor emise de adezivi.

Compuși organici volatili (COV)

Compușii organici volatili sunt utilizați ca solvenți organici în diverse produse, cum ar fi vopseaua, adezivii și lacurile. Se evaporă cu ușurință în faza gazoasă și, ca poluanți ai aerului, au efecte nocive asupra sănătății umane, contribuind la apariția bolilor respiratorii.

Unii adezivi COV sunt, de asemenea, mutageni sau toxici (Environment et al., 2013). Limitele de prag pentru expunerea la locul de muncă la substanțele COV individuale sunt definite de SUVA (2012). Formaldehida Formaldehida este un COV, despre care se suspectează că provoacă iritații la nivelul ochilor, nasului și gâtului.

Este caracterizat ca un cancerigen uman care cauzează cancer la nas și gât de către departamentul de sănătate și servicii umane (ATSDR, 2015). Concentrația maximă la locul de muncă (MAK) a fost bine definită de SUVA (2012) ca să aibă o limită de prag de 0,37 mg/m3. Cantitatea de emisii de formaldehidă emisă de adezivii pentru lemn (MUF, PF și PRF) depinde de tipul de adeziv și de raportul molar.

Pentru MUF, au fost observate emisii mai mari decât pentru adezivii PRF și PF (Funch, 2002). Izocianați Izocianați sunt o familie de substanțe chimice foarte reactive, cu greutate moleculară mică. Compușii cei mai des utilizați sunt diizocianații, cum ar fi MDI și HDI, care sunt utilizați și în adezivii PUR. Contactul direct cu emisii mari de izocianați poate provoca iritarea căilor respiratorii și a ochilor.

Contactul direct cu pielea poate provoca o inflamație marcată și există dovezi că atât expunerea pielii, cât și cea respiratorie pot duce la sensibilizarea lucrătorilor (CDC, 2014). Pericolul expunerii este direct legat de volatilitatea și greutatea moleculară a izocianaților. Diizocianații au o greutate moleculară mai mare decât alți izocianați, iar volatilitatea, presiunea vaporilor și toxicitatea lor sunt, prin urmare, mult mai mici decât alți izocianați (Sullivan & Krieger, 2001).

Grupul NCO foarte reactiv al moleculei este suspectat a avea un impact asupra sănătății umane. Pentru a determina calitatea aerului se măsoară concentrația totală a grupului NOC. Concentrația maximă definită la locul de muncă (MAK) pentru totalul grupului de NCO este de 0,02 mg/m3 (SUVA, 2012).

Metodologia evaluării ciclului de viață

Metodologia utilizată pentru a evalua impactul asupra mediului al unui produs dat este cunoscută ca evaluarea ciclului de viață. Include întregul ciclu de viață al produsului, de ex. extracția și prelucrarea materiei prime, fabricarea produsului, toate măsurile de transport și distribuție, precum și utilizarea și întreținerea, reciclarea, reutilizarea sau eliminarea finală a produsului (Consoli, 1993).

Pentru performanța unui ACV, Organizația Internațională de Standardizare (ISO) furnizează linii directoare în seriile ISO 1404 și 14044. Aceste ghiduri descriu pașii principali ai unui ACV (Consultants, 2014): Scop și domeniu de aplicare În această primă etapă a unui ACV, trebuie clarificate utilizarea prevăzută (obiectivul) și domeniul de aplicare.

Aceasta include: definirea unității funcționale și a limitelor sistemului, o descriere a sistemului și a metodei utilizate pentru evaluarea impactului, o descriere a datelor și cerințelor de calitate a datelor, precum și o descriere a tuturor ipotezelor și limitărilor LCA.

Al doilea pas al unui LCA este configurarea inventarului ciclului de viață (LCI) al sistemului. Aceasta include colectarea și calculele datelor de intrare/ieșire asociate produsului. Prin urmare, toate resursele, emisiile utilizate și produse în timpul producției și ciclului de viață al unui produs sunt colectate într-un inventar.

Evaluarea impactului

În evaluarea impactului, emisiile și resursele colectate în inventarul ciclului de viață sunt transformate într-un număr limită de categorii de impact. Pot fi utilizate diferite metode pentru a prezice impactul potențial asupra mediului al unui produs sau al unui proces.

Interpretarea

Interpretarea rezultatelor include diferite verificări pentru a se asigura că concluzia și procedura utilizate pentru studiu sunt susținute suficient de date. Se recomandă verificări și analize ale incertitudinii, sensibilității și contribuției.

Concluzii

În afară de adezivul PF (Wilson, 2010), adezivul PUR are cea mai bună performanță de mediu pentru producerea de CLT folosind metoda ReCiPe. Acest lucru se datorează în principal pentru că nu este necesară nici un întăritor suplimentar și doar o cantitate mică de adeziv este necesară pentru producția de CLT cu adeziv PUR.

Pentru toți adezivii, producția de materie primă a constituit impactul major asupra rezultatului final ReCiPe al producției datorită consumului ridicat de materie primă fosilă și a utilizării energiei. Cu toate acestea, aceste rezultate trebuie interpretate cu prudență din două motive.

În primul rând, calculul rezultatului final cu metoda ReCiPe include o cântărire subiectivă a diferitelor categorii de impact, iar epuizarea fosilelor are o pondere mai mare decât alte categorii, cum ar fi toxicitatea umană. Deși PUR are cea mai mare contribuție la trei categorii de impact în rezultatul intermediar al celei de-a doua evaluări a producției, în rezultatul final are o performanță mai bună decât ceilalți adezivi.

Prin urmare, ponderarea metodei ReCiPe are o influență semnificativă asupra rezultatului. În al doilea rând, nu a fost efectuată nicio analiză nesigură, deoarece unele dintre date sunt agregate. Diferențele de performanță de mediu ale producției dintre adezivi nu sunt foarte mari, prin urmare, rezultatul evaluării nu este semnificativ.

Cu toate acestea, dovezi pentru o performanță mai bună pentru PUR în comparație cu PRF pot fi încă observate, deoarece performanța de mediu a producției de PRF este aproape de două ori mai mare decât a adezivului PUR.

Mai mult, s-a observat un impact mai mic pentru adezivul PUR, comparativ cu alți adezivi pentru celelalte etape ale ACV (aplicare, faza de utilizare și eliminare finală), cu excepția eliminării finale, unde s-a observat un impact similar pentru MUF și PUR.

Cu toate acestea, datele pentru MUF și PRF sunt foarte incerte. Pentru toți adezivii, faza de utilizare are un impact mai mare asupra toxicității umane decât producția. Pentru MUF, de asemenea, aplicația are un impact mai mare decât producția (în principal datorită emisiei de formaldehidă).

infoconstruct