EXEGY® – strategia dekarbonizacji betonu w Polsce i we Francji

Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) kluczowe strategie redukcji emisji CO₂ w produkcji cementu (a w rezultacie betonu) obejmują poprawę efektywności energetycznej, przejście na paliwa niskoemisyjne, promowanie efektywności materiałowej (optymalizacja zawartości klinkieru w cemencie i jego całkowitego zapotrzebowania) oraz rozwój innowacyjnych metod produkcji o niemal zerowej emisji. Dwie ostatnie strategie w największym stopniu przyczyniają się do bezpośredniej redukcji emisji w scenariuszu net-zero, który zakłada stabilny poziom globalnej produkcji cementu do 2030 r.

Czym jest ślad węglowy i dlaczego dążymy do jego redukcji?

Ślad węglowy jest definiowany jako całkowita emisja gazów cieplarnianych (w tym CO₂ i innych gazów) spowodowana przez osobę, wydarzenie, organizację lub produkt, wyrażona jako ekwiwalent CO₂ (CO₂e). Jest to przybliżony wskaźnik zużycia energii i innych zasobów. Emisje te są mierzone według The Greenhouse Gas Protocol, globalnego standardu rachunkowości gazów cieplarnianych, stworzonego we współpracy World Resources Institute (WRI) i World Business Council for Sustainable Development (WBCSD).

Potrzeba redukcji śladu węglowego wynika z pilnej konieczności przeciwdziałania zmianom klimatycznym. Raport IPCC (Międzyrządowy Zespół ds. Zmiany Klimatu) wskazuje, że zmiana klimatu będzie postępować wraz z trwającymi emisjami gazów cieplarnianych, a wielu skutków można uniknąć, redukując te emisję do zera. Unia Europejska przyjęła prawo klimatyczne, będące elementem Europejskiego Zielonego Ładu, które zakłada osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 r. oraz redukcję emisji gazów cieplarnianych o 55%  do roku 2030 (w stosunku do poziomu z 1990 r.).

Znaczenie dekarbonizacji budynków i niskoemisyjnych materiałów

Przemysł budowlany jest odpowiedzialny za ok. 38% światowej emisji CO₂, a w regionie działania Europejskiego Banku Odbudowy i Rozwoju (EBOiR) budynki generują ponad 43% emisji gazów cieplarnianych. Przewiduje się, że globalne zasoby budowlane podwoją się do 2050 r., co grozi ogromnym wzrostem emisji, jeśli nie zostaną podjęte działania w celu zmniejszenia ich intensywności. Eksperci uznają, że dekarbonizacja budynków jest jednym z najbardziej opłacalnych sposobów łagodzenia skutków kryzysu klimatycznego.

Z perspektywy budownictwa emisja gazów cieplarnianych wytwarzanych przez budynki odbywa się w całym cyklu ich życia. Ślad węglowy obiektów można zatem podzielić na wbudowany ślad węglowy (wynikający z fazy produkcji wyrobu i jego wbudowania) oraz operacyjny ślad węglowy (związany z fazą użytkowania i końca życia budynku). Obecnie dzięki dostępnej wiedzy i technologiom możliwe jest znaczne zminimalizowanie emisji podczas fazy użytkowania budynku, co sprawia, że udział wbudowanego śladu węglowego staje się coraz większy, a jego redukcja coraz bardziej istotna. Osiągnięcie planowanych celów klimatycznych wymaga zatem nie tylko produkcji niskoemisyjnych wyrobów budowlanych, ale także odpowiednich strategii projektowania obiektów budowlanych.

Strategia i klasyfikacja EXEGY® – odpowiedź VINCI Construction na wyzwania dekarbonizacji

W odpowiedzi na rosnące wymagania środowiskowe w 2020 r. VINCI Construction przedstawiła kompleksową strategię EXEGY^®, mającą na celu masową dekarbonizację betonu w całej grupie kapitałowej. Strategia ta wpisuje się w ambitne cele Grupy VINCI, zakładające zastosowanie 90% betonów z gamy EXEGY^® na budowach VINCI Construction oraz redukcję emisji gazów cieplarnianych (według protokołu GHG) o 40% w całym łańcuchu wartości (głównie tzw. zakres trzeci).

Kluczowym elementem realizacji tego planu było opracowanie jednej z pierwszych światowych ram klasyfikacji betonów niskoemisyjnych, zwanej matrycą (ryc. 1). Ramy klasyfikacji oparte są na śladzie węglowym betonów w zakresie ich produkcji (A1–A3) oraz transportu (A4). W rezultacie mieszanki betonowe klasyfikowane są jako betony klasyczne (tradycyjne), niskoemisyjne, bardzo niskoemisyjne oraz ultraniskoemisyjne. Matryca ta proponuje klasyfikację śladu węglowego na podstawie klasy wytrzymałości betonu. Podobne podejście można znaleźć m.in. w klasyfikacji zaprezentowanej w 2020 r. przez Norweskie Stowarzyszenie Betonu (Norsk Betongforening) – Lavkarbonbetong (nr 37) oraz polski Instytut Materiałów Budowlanych i Technologii Betonu (Standard klasyfikacji emisyjności betonu towarowego, IMBiTB), który inspirowany jest standardem EXEGY^®, zakładając nieznacznie inne wartości progowe grup emisyjności.

Matryce Grupy VINCI Construction są na bieżąco rozwijane i dostosowywane do potrzeb rynku. W porównaniu z pierwotną wersją standard EXEGY^® obejmuje obecnie również betony o niższych klasach wytrzymałości. Dodatkowo w 2025 r. zakres standardu został poszerzony o klasyfikację dla betonów samozagęszczalnych (SCC) oraz betonów wyrównawczo-podkładowych, tzw. chudych betonów (ryc. 2).

Warto również zwrócić uwagę, że równolegle rozwijanym podejściem w kontekście klasyfikacji śladu węglowego mieszanek betonowych jest opieranie standardów na klasach ekspozycji mieszanek. Jest to istotne ze względu na fakt, że dobór odpowiedniej klasy ekspozycji często wymaga zastosowania określonej minimalnej ilości cementu, co ma bezpośredni wpływ na ślad węglowy betonu. To powiązanie między klasą ekspozycji a śladem węglowym stanowi pomost do zrozumienia francuskiego podejścia do ekoprojektowania.

Francuskie podejście do ekoprojektowania i trwałości betonu w środowiskach agresywnych

Na rozwój strategii EXEGY^® pozytywnie wpływa działalność standaryzacyjna we Francji, związana z rozwojem aktów prawnych i krajowych norm, które znacząco wspierają projektowanie konstrukcji o zmniejszonym śladzie węglowym. We Francji w odpowiedzi na współczesne wyzwania budownictwa rozwija się kompleksowe podejście do betonu, które łączy wymagania dotyczące jego trwałości, zwłaszcza w środowiskach agresywnych, z celami ekoprojektowania, w tym ze zmniejszeniem śladu węglowego. Kluczowe ramy tego podejścia określają dokumenty AFNOR, w szczególności FD P18-480 i FD P18-483-2.

Metoda oparta na parametrach użytkowych (performance-based approach – PBA) dla trwałości

Tradycyjna metoda specyfikacji betonu (metoda recepturowa) opiera się głównie na wymaganiach dotyczących składu mieszanki. Chociaż jest skuteczna, może ograniczać wprowadzanie innowacyjnych kompozycji betonu, dla których brakuje historycznych danych o użytkowaniu. Metoda oparta na parametrach użytkowych (PBA), rozwijana m.in. w ramach francuskiego projektu badawczego PERFDUB, jest podejściem komplementarnym. Polega na ocenie trwałości betonu na podstawie jego charakterystyk i właściwości, które dobrze przewidują jego zachowanie w danych warunkach środowiskowych. Celem PBA jest scharakteryzowanie odporności betonu na oddziaływania środowiskowe i jego zdolności do ochrony zbrojenia, co odpowiada koncepcji klas odporności na ekspozycję (exposure resistance classes – ERC), rozwijanej w normach europejskich.

Francuskie podejście do PBA dla trwałości betonu jest szczegółowo opisane w dokumencie FD P18-480, opublikowanym w październiku 2022 r. Dokument ten definiuje metodologię uzasadniania parametrów użytkowych dla danej formuły betonu i określa różne poziomy zastosowania metody (N1, N2, N3) w zależności od kategorii obiektu i klasy ekspozycji.

Uzasadnianie parametrów użytkowych dla wyższych klas ekspozycji

FD P18-480 obejmuje wszystkie klasy ekspozycji, a projekt PERFDUB koncentruje się na klasach XC, XS i XD. W przypadku klas ekspozycji XA (środowiska chemicznie agresywne), XS (narażenie na chlorki inne niż z wody morskiej) i XD (narażenie na chlorki z wody morskiej), gdzie wymagania recepturowe mogą nie być spełnione, zgodność z normą NF EN 206/CN i wymaganą trwałością projektową można uzasadnić metodą opartą na parametrach użytkowych.

Dla klas XS i XD uzasadnienie opiera się na wynikach badań migracji jonów chlorkowych. Progi parametrów użytkowych są definiowane na podstawie maksymalnych wartości współczynnika migracji. Norma XP P 18-462 specyfikuje przyspieszoną metodę badania migracji jonów chlorkowych w stanie nieustalonym, które są kluczowe, aby ocenić zdolności betonu do ochrony zbrojenia przed korozją wywołaną chlorkami.

Dla klas XA (środowiska chemicznie agresywne, tj. ataki kwasowe, czysta woda, ataki siarczanowe, siarkowodór) uzasadnienie parametrów użytkowych może odbywać się na podstawie metody porównawczej lub, w niektórych przypadkach, metody absolutnej.

Metoda porównawcza polega na porównaniu wyników badań betonu badanego z betonem odniesienia. Beton odniesienia musi być zgodny z wymaganiami normy NF EN 206/CN (dla 50 lat użytkowania) lub Fascicule 65 du CCTG (dla 100 lat użytkowania), w tym także w zakresie rodzaju cementu i stosunku efektywna woda / spoiwo. Badania wykazały, że dobór odpowiedniego betonu odniesienia może być wyzwaniem, ponieważ standardowe betony bazowe często nie spełniają wszystkich rygorystycznych wymagań zdefiniowanych w FD P18-480.

Metoda absolutna jest stosowana w specyficznych przypadkach, np. dla klasy XA3 w sytuacji ataków siarczanowych.

Testy wykorzystywane do uzasadniania parametrów użytkowych dla klas XA obejmują badanie ługowania w kwasie azotowym przy stałym pH (XP P 18-482) dla ataków kwasowych i czystej wody, badania odporności na ataki siarczanowe (np. metoda Messad lub SIA) oraz badania biodegradacji (protokoły PERFDUB).

Inne badania przydatne w ocenie trwałości, często używane w kontekście PBA, to badanie porowatości dostępnej dla wody (NF P 18-459) i badanie oporności elektrycznej (XP P 18-481).

W przypadku stosowania metody wydajnościowej dla uzasadnienia klasy ekspozycji beton powinien być oznaczony w specyficzny sposób, np. BPPS (béton performantiel à propriétés spécifiées) lub BPCP (béton performantiel à composition prescrite). Przykładem jest oznaczenie BPPS C25/30 XF1/XS2p, wskazujące, że dla klasy XF1 spełniono wymagania recepturowe, a dla XS2p – wymagania określone w FD P18-480 dotyczące uzasadnienia weryfikacji trwałości na podstawie wskaźników.

Ekoprojektowanie konstrukcji betonowych i beton o zmniejszonym śladzie węglowym

Równocześnie z rozwojem PBA we Francji wiele uwagi poświęca się ekoprojektowaniu konstrukcji, w tym redukcji śladu węglowego betonu. Tematyka ta została ujęta w dokumencie FD P18-483-2, opublikowanym w marcu 2025 r., który koncentruje się na betonach przeznaczonych dla obiektów o zmniejszonym wpływie na klimat, ocenianym przede wszystkim przez potencjał globalnego ocieplenia (PRG / GWP – global warming potential).

Kluczowym aspektem ekoprojektowania w budownictwie jest ocena wpływu środowiskowego na poziomie jednostki funkcjonalnej, a nie jedynie na poziomie metra sześciennego betonu. Jednostka funkcjonalna odnosi się do elementu spełniającego określony użytek przez przewidziany okres użytkowania. Wpływ na klimat jest oceniany w całym cyklu życia, obejmującym produkcję materiałów, budowę, użytkowanie i koniec życia. FD P18-483-2 wprowadza koncepcję klas redukcji śladu węglowego (GWR) dla betonu, która pozycjonuje beton względem betonu bazowego dla danej klasy wytrzymałości, klasy ekspozycji i przewidzianego okresu użytkowania projektu. Dokument ten odnosi się przede wszystkim do etapu produkcji betonu (A1–A3) i stanowi uzupełnienie dokumentu FD P18-483-1, który koncentruje się na optymalizacji konstrukcji pod kątem redukcji śladu węglowego.

Redukcję śladu węglowego betonu można osiągnąć przez optymalizację składu, np. przez zastosowanie alternatywnych spoiw lub modyfikację proporcji składników, co może skutkować niższym PRG / GWP na metr sześcienny. Jednakże wybór materiałów i optymalizacja wymiarowania powinny być dokonywane w ramach oceny wielokryterialnej, uwzględniającej również parametry użytkowe, trwałość i funkcjonalność obiektu.

Integracja trwałości i ekoprojektowania – klucz do zrównoważonego budownictwa

Francuskie podejście podkreśla, że cele ekoprojektowania i redukcji śladu węglowego muszą być realizowane przy jednoczesnym zapewnieniu wymaganej trwałości konstrukcji, zwłaszcza w przypadku betonu narażonego na działanie agresywnych środowisk (wysokie klasy ekspozycji). Metoda oparta na parametrach użytkowych (FD P18-480) odgrywa tutaj kluczową rolę, umożliwiając uzasadnienie stosowania nowych, często niskoemisyjnych kompozycji betonu w wymagających warunkach ekspozycji. Dla tych innowacyjnych rozwiązań tradycyjne metody oparte na doświadczeniu ze standardowymi formułami mogłyby być niewystarczające lub zbyt restrykcyjne.

Betony o zmniejszonym śladzie węglowym, o których mowa w FD P18-483-2, mają być zgodne z normą NF EN 206+A2/CN i mogą być stosowane we wszystkich klasach ekspozycji. Oznacza to, że aby beton niskoemisyjny mógł być użyty w środowisku chemicznie agresywnym (klasa XA), w obecności chlorków (klasy XS, XD) lub w innych trudnych warunkach (klasy XF, XM), musi on spełnić rygorystyczne wymagania dotyczące trwałości. Ta zgodność z wymaganiami trwałości może być wykazana właśnie przez metodę opartą na parametrach użytkowych, zgodnie z procedurami i testami opisanymi w FD P18-480.

Przykład francuskiego podejścia ilustruje, jak optymalizacja na poziomie konstrukcji, możliwa dzięki zastosowaniu betonu o wyższych parametrach użytkowych (np. beton klasy C80/95 zamiast C35/45), może prowadzić do zmniejszenia objętości betonu w elemencie (np. płycie pomostu), a w konsekwencji do niższego całkowitego śladu węglowego dla jednostki funkcjonalnej. Dzieje się tak, nawet jeśli beton o wyższej klasie wytrzymałości ma wyższy ślad węglowy na metr sześcienny. Podkreśla to, że ekoprojektowanie to podejście holistyczne, które łączy optymalizację materiałową z optymalizacją konstrukcyjną, a trwałość i wysokie parametry użytkowe betonu są jej integralnymi elementami. Chociaż pozostają pewne obszary do dalszych badań i ulepszeń (np. w metodyce badań porównawczych dla klasy XA), te kompleksowe ramy stanowią solidną podstawę dla projektowania i realizacji trwałych i zrównoważonych konstrukcji betonowych.

Strategia EXEGY® w Polsce i przykłady realizacji

Strategia EXEGY^® jest realizowana także w Polsce przez członków Grupy VINCI Construction. Spółka WARBUD Beton posiada obecnie w swojej gamie 12 niskoemisyjnych mieszanek betonowych (posiadających deklarację EPD typu III), spełniających wymagania normy PN-EN 206-1. Mieszanki te charakteryzują się zróżnicowanymi klasami wytrzymałości (od C8/10 do C50/60) oraz kategoriami emisyjności – od niskoemisyjnych do ultraniskoemisyjnych (według matrycy EXEGY^®). Betony te mogą być skutecznie stosowane do produkcji konstrukcyjnych obiektów żelbetowych, takich jak fundamenty, ściany, stropy, kolumny oraz obiekty masywne. W ostatnich latach wdrożona została strategia wykorzystania betonów niskoemisyjnych w technologiach wzmocnień podłoży gruntowych, co przekłada się na znaczące zastosowanie tego typu betonów w realizacjach spółek Soletanche Polska oraz Menard Polska.

Dotychczasowe sukcesy w redukcji śladu węglowego w polskich inwestycjach

WARBUD SA opracował receptury w zakresie niskiego śladu węglowego przy użyciu autorskiego narzędzia optymalizującego, uwzględniającego kryteria jakościowe i finansowe. Narzędzie to służy do analizy źródeł emisji i policzenia śladu węglowego zgodnie z wytycznymi The Greenhouse Gas Protocol. Dla każdej z zaprojektowanych receptur wykonano szereg badań laboratoryjnych, które umożliwiły zweryfikowanie ich właściwości użytkowych, a następnie z powodzeniem zastosowano je w różnych inwestycjach (ryc. 3, tab. 1). W rezultacie zastosowanie betonów niskoemisyjnych w tych inwestycjach spowodowało redukcję emisji o ponad 4 mln kg CO₂e, co odpowiada rocznej zdolności pochłaniania CO₂ przez prawie 1000 ha lasu.

https://exegy-solutions.com