Styropian a ekologia

Pozyskiwanie z otoczenia surowców naturalnych, ich przetwarzanie na materiały i wyroby użytkowe to podstawowe cechy rozwoju materialnego ludzkiej cywilizacji. Postęp cywilizacyjny obserwowany w ostatnim okresie spowodował tak ogromną koniunkturę produkcyjną, że wywołało to niesłychane obciążenie dla środowiska naturalnego. W swoim otoczeniu, składającym się z powietrza, gruntu i wody, człowiek spowodował nieodwracalne zmiany, wyrządził szkody systemom fauny i flory, a to w efekcie stworzyło zagrożenie dla podstaw funkcjonowania rodzaju ludzkiego w zmodyfikowanych warunkach.

Człowiek faktycznie przejął panowanie nad światem, zapominając przy tym, że powierzono mu również opiekę nad światem i troskę o jego stan. Następstwem działalności ludzi jest więc ingerencja i uszkodzenie ziemskiego ekosystemu, a także ekosystemów lokalnych. W dobrze funkcjonującym ekosystemie wszystkie organizmy wzajemnie się uzupełniają żyjąc dzięki niewyczerpywalnej energii słonecznej są w stanie objąć w posiadanie i utrzymać swoje naturalne środowisko. Szczególną cechą zrównoważonych ekosystemów jest ich zdolność dostosowania się do nowych warunków, wynikająca ze współdziałania wszystkich jego części składowych. Ingerencja w ekosystem i jego równowagę niszczy te możliwości; skutki takiego działania ujawniają się często dopiero po wielu latach i są zwykle nieodwracalne.Sygnały zagrożenia

Wiele sygnałów wskazuje na to, że w atmosferze ziemskiej rysunek 1.1.1/2 zaszły nieodwracalne zmiany jej składu, podobne efekty obserwować można także w wodzie i gruncie. Obciążenie środowiska naturalnego, zniszczenia i zmiany manifestują się obecnie na wiele sposobów:

• szkodliwy ozon w troposferze ziemskiej (letni smog) w wyniku emisji szkodliwych substancji przemysłowych i samochodowych przy intensywnym promieniowaniu słonecznym i bezwietrznej pogodzie
• niszczenie ochronnej warstwy ozonu w stratosferze (dziura ozonowa) w skutek emisji freonów (CFC) z różnego rodzaju urządzeń technicznych
• efekt cieplarniany w atmosferze ziemskiej i stopniowy wzrost temperatury na powierzchni Ziemi wskutek emisji gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla, metan, tlenek azotu i freon
• wyczerpywanie surowców naturalnych w geosferze i biosferze
• nadmierne nasycenie gruntów nawozami
• skażenie ziemi substancjami toksycznymi i radioaktywnymi
• wyrąb lasów tropikalnych
• umieranie lasów
• wyginięcie wielu gatunków dzikich zwierząt zanieczyszczenie wód powierzchniowych stan zagrożenia śmieciami i odpadami
• sposób traktowania i składowania odpadów specjalnych

Przyczyny zagrożeń

Przyczyny narastania zagrożeń środowiskowych i ekologicznych są różne dla słabo rozwiniętych krajów południa i uprzemysłowionych krajów północy. W krajach rozwijających się przeludnienie, bieda i głód wywołują nierozważne eksploatowanie natury, natomiast w krajach uprzemysłowionych niszczenie środowiska jest powodowane poprzez: przyspieszanie postępu technicznego, dążenie do utrzymywania ciągłego wzrostu, faworyzowanie zasad i racji ekonomicznych, poszerzanie dobrobytu i maksymalizowanie luksusu, nieograniczone powiększanie przestrzeni życiowej.

Poszukiwanie rozwiązań

Człowiek będzie zawsze poszukiwał zdrowego, powietrza, urodzajnej ziemi, czystej wody i nieskażonej fauny i flory. W swoich dążeniach do bezpiecznego bytowania musi on więc czynić wysiłki, aby umożliwić środowisku regenerację. Dla wszystkich problemów natury ekologicznej charakterystyczna jest ich kompleksowość intensywne powiązania, zależności i wzajemne wpływy. Tak więc rozwiązywanie tych problemów będzie wymagało również ogólnej ekologicznej strategii, a nie tylko ograniczonych, doraźnych działań.

W celu przezwyciężenia kryzysu ekologicznego i ratowania środowiska naturalnego należy zdefiniować szereg nowych zadań i celów:

• zmniejszenie dynamiki rozwojowej
• zatrzymanie wzrostu liczby ludności
• zmiana naszego stylu życia w dobrobycie
• wzmocnienie świadomości o odpowiedzialności za środowisko
• prymat ekologicznego punktu widzenia nad ekonomicznym
• ekologiczne bilansowanie obiegu materiałów
• oszczędzanie surowców naturalnych|
• oszczędne użytkowanie energii, wykorzystanie źródeł odnawialnych, rozwój technik solarnych
• technologie przyjazne dla środowiska
• minimalizacja ryzyka i zagrożeń w procesach produkcyjnych
• obieg wyrobów w gospodarce, utylizacja odpadów
• minimalizacja ilości odpadów zamiast usuwania odpadów
•  utrzymanie czystości wód

1.1.2 Budynki a o chrona środowiska

Informacje ogólne

Budownictwo i ochrona środowiska są ze sobą powiązane. Budownictwo wymaga zawsze uwzględniania zasad ochrony natury i oszczędzania środowiska. Człowiek, tak jak i inne stworzenia potrzebuje miejsca, które zapewni mu ochronę przed wpływami otoczenia. Spełnienie ludzkiej potrzeby do ochrony i mieszkania znaczy także, że dokonywana jest ingerencja w krajobrazie, zakłócany jest lokalny ekosystem, pojawiają się zanieczyszczenia itp. Lekceważenie lokalnych warunków klimatycznych doprowadziło do ogromnego wyeksploatowania surowców naturalnych i wielkiego zapotrzebowania na energię. 25% ludności naszego globu zużywa dziś 75% wytwarzanej energii. Szkody wyrządzane przez budynek środowisku i związane z tym zagrożenia ekologiczne muszą być obecnie traktowane i uwzględniane jako niezbędne parametry projektowe obiektu.

Zasadnicze cele zrównoważonego rozwoju budownictwa to:

• minimalizacja ingerencji w lokalny ekosystem
• minimalizacja szkód środowiskowych

Muszą one być realizowane poprzez następujące środki zapobiegawcze:

• osadzoną w klimacie architekturę, zachowanie roślinności naturalnej i zwierząt
• redukcję zapotrzebowania na energię, właściwą orientację budynku, użycie efektywnych systemów grzewczych, wykorzystanie źródeł odnawialnych, poprawę izolacyjności termicznej
• stosowanie materiałów o walorach ekologicznych, oszczędniejszy obieg surowców, przyjazną dla środowiska produkcję materiałów, niebudzące zastrzeżeń dające się odzyskiwać materiały
• minimalizacjęodpadów
• oszczędzanie wody

Emisja dwutlenku węgla

Naturalny efekt cieplarniany występuje w atmosferze ziemskiej w skutek obecności w jej składzie takich gazów jak dwutlenek węgla (CO₂) i metan (CH₄). Dzięki niemu zamiast temperatury -18^oC średnia temperatura powietrza w pobliżu powierzchni Ziemi wynosi około +15^oC. Poprzez spalanie nośników energii, urbanizację wielkich powierzchni lądów oraz stosowanie uciążliwych dla środowiska substancji emitowane są do atmosfery gazy, które powoduj1 dodatkowy efekt cieplarniany i zakłócenia w ekosystemie ziemskim tabela 1.1.2/1

Dwutlenek węgla jest zasadniczą przyczyną (40%) efektu cieplarnianego wywołanego przez człowieka. Jego emisja jest w istotnym stopniu związana z procesami pozyskiwania energii. W tabeli 1.1.2/2 przedstawiono zmiany w emisji zanieczyszczeń w Polsce, a w tabeli 1.1.2/3 przedstawiono strukturę pozyskiwania energii pierwotnej.

Na produkcję materiałów budowlanych, wznoszenie budynków i ich ogrzewanie zużywa się ok. 49% wytwarzanej energii. Ogrzewanie budynków jest najważniejszą częścią składową tej wielkości. Skuteczne izolowanie termiczne przegród przy wznoszeniu nowych budynków,  jak również przy renowacji budynków istniejących daje więc najlepsze możliwości redukcji emisji dwutlenku węgla związanej z budownictwem tabela 1.1.2/4.

Zapotrzebowanie na energię do ogrzewania można najkorzystniej ograniczać poprzez zastosowanie systemów izolacyjnych wykorzystujących styropian.

1.1.3 Ekologiczna ocena materiałów budowlanych

Uwagi ogólne

Przy wyborze materiałów należy zwracać bacznąm uwagę na ich parametry środowiskowe i zdrowotne. Ekologiczna ocena materiału budowlanego polega na określeniu jego wpływu na człowieka i środowisko we wszystkich fazach trwania, od produkcji do rozkładu rysunek 1.1.3/1. Właściwości materiału mają istotne znaczenie zarówno dla środowiska naturalnego jak i zdrowia człowieka. Ze względu na wiele wątpliwości i znaków zapytania nie jest wciąż jeszcze możliwa klasyfikacja materiałów w tym zakresie przy użyciu np. jednej liczby, zawierającej pełną ocenę ekologiczną. Stosowana jest natomiast w tym celu tzw. ścieżka ekologiczna, obejmująca wszystkie fazy istnienia materiału, i pozwalająca rozróżnić materiały przyjazne i niebezpieczne. Tego typu ocena powinna być łatwo dostępna dla wszystkich potencjalnych użytkowników wyrobu.

Kryteria oceny

Ekologiczna ocena materiałów budowlanych składa się z następujących kryteriów środowiskowo-zdrowotnych
(por. rysunek 1.1.3/1)

• oszczędne wykorzystanie surowców naturalnych - ochrona surowców kopalnych, wykorzystanie zasobów odnawialnych, bezpieczne pozyskiwanie surowców
• likwidacja niebezpiecznych skażeń produkcyjnych - minimalizacja toksycznej emisji do środowiska w fazie produkcji, unikanie groźnego dla ludzi skażenia w przypadku awarii
• oszczędność energii - redukcja nakładów energetycznych na produkcję, transport i przetwórstwo, optymalizacja energetyczna procesu produkcyjnego, ograniczenie zużycia paliw kopalnych
• bezpieczeństwo biologiczne - brak zagrożeń biologicznych podczas produkcji i po wbudowaniu materiału, pozytywny wpływ na samopoczucie i zdrowie człowieka
•  oszczędność energii do ogrzewania - zastosowanie styropianu wpływa na obniżenie zapotrzebowania budynku na energię
• ocena trwałości materiału - duża żywotność materiału bez utraty właściwości, możliwość powtórnego stosowania
• zachowanie materiału w przypadku katastrofy - brak zagrożenia toksyczną emisją
• dzysk materiału - łatwość demontażu czy rozbiórki, możliwość powtórnego użycia
• zmniejszenie składowisk odpadów - minimalizacja odpadów przy wbudowaniu, bezpieczne składowanie odpadów w zwykłych warunkach bez konieczności tworzenia specjalnych składowisk

1.2. Ekologiczna ocena styropianu

1.2.1 Produkcja 

Styropian

Styropian powstaje poprzez ekspandowanie (spienianie) polistyrenu do spieniania. Pierwszy etap produkcji to podgrzewanie polistyrenu zawierającego w porach pentan w środowisku pary wodnej. Rozszerzanie się pentanu powoduje spienianie polistyrenu i w efekcie otrzymuje się granulki spienionego polistyrenu o zamkniętych porach. Po okresie sezonowania w specjalnych formach następuje etap końcowego spieniania i łączenia luźnych granulek w zwarte bloki materiał u nazywanego powszechnie styropianem. Nie stosuje się tu jako środka spieniającego szkodliwego dla atmosfery Pentan, używany jako środek spieniający przy produkcji styropianu, należy do grupy węglowodorów nasyconych. Związki tego typu nie stanowią obciążenia dla środowiska. Są one stale uwalniane do atmosfery z naturalnych .źródeł, ulegają jednak wciąż także naturalnemu rozkładowi.

1.2.2 Przetwarzanie, zastosowanie, trwałość materiału

Przetwarzanie

Procesy przetwarzania spienionego polistyrenu nie stwarzają żadnego zagrożenia dla zdrowia ludzkiego. Na miejscu budowy, podczas cięcia, piłowania czy wiercenia w tym materiale nie występują żadne zagrożenia związane z pyleniem i wdychaniem drobin materiału lub innymi podrażnieniami. Płyty styropianowe są produkowane i stosowane od ponad pół wieku. Kilkadziesiąt lat doświadczeń ze styropianem pozwala wyciągąć wniosek, że to bezpieczny, trwały i przyjazny dla ludzi wyrób budowlany.

Mikroklimat wnętrza mieszkalnego

Warunki zdrowotne w pomieszczeniu mieszkalnym zależą m.in. od temperatury i wilgotności powietrza wewnętrznego, temperatury wewnętrznych powierzchni przegród pomieszczenia (por. rozdział: Fizyka budowli), dopływu świeżego powietrza, a także zdolności pomieszczenia do "wygładzania wahań wilgotności". Niezbędna, z powodów medycznych i higienicznych, wymiana zużytego powietrza, połączona jednocześnie z odprowadzaniem nadmiaru pary wodnej wytwarzanej w pomieszczeniu, może się odbywać jedynie poprzez odpowiednią wentylację wnętrza. Ilość pary wodnej, jaka może zostać usunięta na drodze dyfuzji przez zewnętrzne przegrody pomieszczenia, wynosi tylko ok. 1% całkowitej ilości pary wytwarzanej we wnętrzu mieszkalnym tabela 1.2.2/1. Nieprawdziwe są opinie, że ściany "oddychają". Mikroskopijna ilość pary wodnej przedostająca się przez ściany nie ma praktycznie żadnego znaczenia dla bilansu wilgoci w pomieszczeniu. Przy prawidłowo działającej wentylacji i związanej z tym dostawie świeżego powietrza i usuwaniem wilgoci, izolacyjność termiczna ścian zewnętrznych ma decydujący wpływ na temperaturę we wnętrzu. Ważnym czynnikiem komfortu cieplnego jest temperatura wewnętrznej powierzchni przegród. Powinna ona byćw każdych warunkach wyższa niż temperatura punktu rosy. Ten warunek można łatwo zrealizować stosując styropian jako termiczną przegród. W celu utrzymania odpowiednich pod względem zdrowotnym warunków klimatycznych we wnętrzu, konieczne jest również zapobieganie wykraplaniu pary wodnej w przegrodach. Poprzez właściwe zastosowanie styropianu, którego właściwości dyfuzyjne są zbliżone do np. płyty pilśniowej, można zrealizować optymalne warunki dla ochrony przed zawilgoceniem przegród zewnętrznych.

Bezpieczeństwo biologiczne

Wpływ styropianu na żywe organizmy był przedmiotem wszechstronnych badań, prowadzonych przez niemiecki Instytut Badan Bio-budowlanych w Karlsfeld. We wnioskach stwierdzono, że styropian jest produktem neutralnym pod względem biologicznym. Na tej podstawie styropian został dopuszczony m.in. jako materiał do opakowań na żywność.

Materiał na opakowania

Zastosowanie styropianu jako materiału na opakowania jest niezwykle szerokie. Ze styropianu produkować można opakowania o niemal dowolnej formie. Ogromna łatwość wytwarzania skomplikowanych kształtów ze styropianu jest tu zasadniczą zaletą tego materiału. Dzięki użebrowaniu opakowania, na jego wytworzenie zużywa się jedynie minimalne ilości surowców. Ze styropianu bardzo łatwo produkuje się również elastyczne, amortyzujące wkładki do innych opakowań. Najważniejsze obszary zastosowania styropianu jako materiału na opakowania to:

• opakowanie ochronne na delikatne
• opakowania utrzymujące świeżość lub niską temperaturę nietrwałych produków żywnościowych
• przekładki ładunkowe
• palety transportowe.

Opakowania ze styropianu nadają się do całkowitego odzysku i ponownego użycia. W Niemczech np. ocenia się, że gdyby opakowania ze styropianu zostały zastąpione w całości innymi materiałami, to konieczne byłoby użycie o 540% więcej surowców, 100% więcej energii, cena opakowań wzrosłaby o 30%, a objętość odpadów o 20%. Każdego roku pakuje się w styropianowe opakowania ogromne ilości produktów o dużej wartości rynkowej. Koszt styropianowego opakowania tych towarów nie przekracza 1% ich wartości.

Radioaktywność

Styropian, w przeciwieństwie do niektórych mineralnych materiałów budowlanych, nie emituje żadnego promieniowania radioaktywnego typu alfa, beta czy gamma. Oprócz tego nie zawiera on żadnych mierzalnych ilości radu w swoich porach i nie jest źródłem emisji radonu do powietrza.

Trwałość

Wieloletnie badania oraz obserwacja zachowania tego materiału, wbudowanego w przegrody budynku, potwierdziły, że żadne jego właściwości techniczne nie ulegają zmianom w czasie. Tak więc została potwierdzona pełna przydatność styropianu jako materiału izolacyjnego w najróżniejszych obszarach zastosowań, dla całego praktycznie okresu życia technicznego

1.2.3 Bezpieczeństwo pożarowe

Stryropian jest materiałem samogasnącym

Stryropian jest materiałem samogasnącym w przypadku pożaru i spalania się styropianu nie należy się obawiać zagrożenia gazami powstającymi w tym procesie ani także skażenia gruntu lub wody. Spaliny można porównywać z tymi, jakie powstają podczas spalania drewna)

Emisja

Rodzaj substancji, jakie powstają podczas rozkładu styropianu, zależy w istotny sposób od warunków pożarowych. W celu oceny gazowych produktów rozpadu styropianu w porównaniu do różnych od dawna stosowanych materiałów budowlanych sformułowano specjalną metodę badawczą. Liczne badania nad inhalacyjną toksycznością spalin wykazały, że o szkodliwości decyduje głównie sam tlenek węgla, a także że stężenie tlenku węgla w spalinach po styropianie jest mniejsze niż w badanych przykładowo spalinach drewna, płyt pilśniowych czy korkowych, tabela 1.2.3/1. Wpływ innych gazów na toksyczności spalin jest, przy ustalonych wg badań stężeniach, znikomo mały. Spaliny po styropianie nie stanowią również żadnego szczególnego zagrożenia dla środowiska, nie są też one żadnym czynnikiem korozyjnym dla budynku i jegokonstrukcji.

* tlenie
** spalanie płomienne

Trwałe produkty spalania

Trwałe produkty spalania styropianu nie wymagają żadnego specjalnego trybu usuwania lub składowania. Powinny być one np. przekazane do spalarni odpadów lub na komunalne wysypisko. Nie są one szkodliwymi substancjami ani dla powietrza, ani też dla gleby lub wód gruntowych. Przeprowadzone liczne badania, tak w kraju jak i za granicą, udowodniły iż ocieplenia wykonane na bazie styropianu są bezpiecznym i trwałym rozwiązaniem, również pod względem ochrony przeciwpożarowej. Systemy ocieplania ścian na bazie styropianu uzyskują klasyfikacje nierozprzestrzeniających ognia (NRO), czyli najlepszą klasyfikację przewidzianą w Polskich Normach i przepisach.

1.2.4 Odzysk materiału, usuwanie odpadów

Ponowne użycie materiału

Materiał uzyskany z wyrobów styropianowych może być na różne sposoby ponownie wykorzystywany. W zakładach wytwórczych odpady wynikające z przycinania styropianu są bezpośrednio zawracane do wcześniejszych etapów produkcji materiału i tam wprost wykorzystywane ponownie.

Odzysk surowców naturalnych

Podczas procesów chemicznych możliwe jest ponowne użycie jako surowców wyjściowych odpadów tworzyw sztucznych. Poprzez pirolizę i uwodornienie możliwe jest odzyskanie surowców, które są następnie ponownie używane do produkcji jako pełnowartościowe substancje produkcyjne.

Produkcja pianek

Odpady styropianu z zakładów produkcyjnych i zgromadzone pozostałości produkcyjne mogłą być również używane w bezpośredni sposób przy produkcji nowych wyrobów (bloki, opakowania). Pianki styropianowe są termoplastyczne, a więc można ją łatwo stopić uzyskując w ten sposób niewielkie objętościowo ilości surowca wyjściowego, tj. polistyrenu. Pozyskany tą drogą surowiec wtórny może być użyty do produkcji na wtryskarkach prostych wyrobów do użytku domowego lub biurowego.

Ulepszanie gleby

Pozytywnym przykładem wykorzystania odpadów styropianowych jest ich użycie do polepszania właściwości gleby. W tym celu odpady styropianu są mielone (średnica powstałych ziaren od 1 do 30 mm) a następnie stosowane jako:

• materiał spulchniający do poprawy napowietrzenia i przepuszczalności wody w gruntach ciężkich
• materiał wspomagający kompostowanie organicznych odpadów domowych i ogrodniczych
• materiał drenażowy

Budownictwo

Zmielone odpady styropianowe są stosowane również w budownictwie, przy wytwarzaniu różnych lekkich materiałów budowlanych o izolacyjnych właściwościach rys. 1.2.4/1
Poprzez domieszkę granulatu styropianowego do betonu powstaje styrobeton. Wykonuje się z niego m.in. elementy ścienne, klasyfikowane jako materiał niepalny i spełniające wysokie wymagania w zakresie izolacyjności termicznej i akustycznej. Styrobeton jest również stosowany jako warstwa chroniąca przed mrozem głębiej położone warstwy dróg. Mielony styropian jest także stosowany jako dodatek do porowatych wyrobów ceramicznych. Wykonana w ten sposób cegła łączy w sobie jednocześnie cechy dużej wytrzymałości mechanicznej i izolacyjności termicznej. Drobne frakcje mielonego styropianu dodane do zapraw i tynków pozwalające wyeliminować lub zmniejszyć wpływ mostków termicznych, a także podwyższyć ogólną izolacyjność termiczną przegrody. Z odpadów styropianowych produkuje się również zwykłe płyty izolacyjne o takim samym zastosowaniu jak wyroby podstawowe.

Oszczędność energii

Zużyte wyroby styropianowe i odpady mogą być niszczone w komunalnych spalarniach śmieci, ich spalanie odbywa się łatwo i bez pozostałości. Podczas tego procesu styropian może zastępować olej opałowy, używany do podtrzymywania spalania, 1 kg styropianu pozwala zaoszczędzić 1.3 l oleju.

Składowanie odpadów

Tam, gdzie ponowne użycie styropianu nie jest możliwe, stosuje się bez żadnych problemów i dodatkowych wymagań składowanie odpadów na zwykłych wysypiskach. Odpady styropianowe są materiałem obojętnym pod względem biologicznym i chemicznym, nie powodują one skażenia wód powierzchniowych ani powietrza. Obecność styropianu sprzyja lepszemu zwentylowaniu wysypiska, co w efekcie przyspiesza rozpad substancji organicznych, redukując w ten sposób emisję zapachów i możliwość samozapłonu wysypiska.

Ponowne użycie styropianu