Применение подходов экономики замкнутого цикла в строительстве. Монография

Отечественная научная школа внесла существенный вклад в разработку теоретических основ ресурсосбережения и рационального природопользования, хотя терминология отличалась от принятой в западной литературе. Работы Н. Н. Лукьянчикова и И. М. Потравного по экономике природопользования заложили методологическую основу для стоимостной оценки экологического ущерба и обоснования природоохранных инвестиций [41]. Т. А. Акимова и В. В. Хаскин в учебнике по экологии предложили системный подход к анализу взаимодействия экономической и природной подсистем, включая проблематику замкнутости материальных циклов [42]. Л. Я. Шубов, М. Е. Ставровский и А. В. Олейник в серии работ по обращению с отходами содержат детальное описание технологий переработки различных фракций, в том числе строительных отходов [43].

Применительно к строительной отрасли отечественные исследования концентрировались преимущественно на технологических вопросах переработки бетонного лома и вторичного использования минеральных отходов. Б. В. Гусев и В. А. Загурский исследовали свойства бетонов на основе вторичных заполнителей и установили, что при соблюдении определенных условий дробления и фракционирования вторичный щебень из бетонного лома пригоден для приготовления бетонных смесей классов до B25 [44]. А. И. Шлыков и Н. А. Сватовская исследовали возможности использования золошлаковых отходов теплоэлектростанций в качестве компонентов строительных материалов [45]. И. Х. Наназашвили и В. А. Литвинов систематизировали опыт применения вторичных ресурсов в строительном производстве и предложили классификацию отходов по степени их пригодности для повторного использования [46].

Экономические аспекты циркулярного строительства в отечественной литературе исследованы в меньшей степени, нежели технологические. П. Г. Грабовый и его научная школа рассмотрели вопросы обоснования инвестиций в ресурсосберегающие технологии в строительстве [47]. А. Н. Асаул в серии работ по экономике строительства проанализировал организационные модели управления строительными отходами и экономические условия, при которых переработка становится выгоднее захоронения [48]. И. Г. Лукманова и М. Ю. Мишланова исследовали вопросы управления качеством в строительстве с учетом экологических требований [49]. Но комплексных работ, объединяющих технологическую, экономическую и организационную составляющие циркулярного подхода к строительству в единую методологическую конструкцию, в российской литературе до настоящего времени не появилось, что и определяет актуальность настоящей монографии.

В зарубежной литературе экономика циркулярного строительства исследуется значительно активнее. Адамс, Хассанейн и Абдалла в 2020 году опубликовали систематический обзор научных работ, посвященных применению принципов циркулярной экономики в строительной отрасли, и выявили несколько устойчивых направлений: проектирование с учетом разборки (Design for Disassembly), управление строительными отходами и отходами сноса, повторное использование конструктивных элементов, применение вторичных заполнителей и промышленный симбиоз между строительными и иными производствами [50]. Нуньес-Кабальеро, Идальго и Игеа в 2022 году провели библиометрический анализ публикаций по циркулярной экономике в строительстве и зафиксировали экспоненциальный рост числа работ начиная с 2016 года [51].

Характерной чертой современных зарубежных исследований является переход от изучения отдельных технологий переработки к системному анализу жизненного цикла зданий. Метод оценки жизненного цикла (Life Cycle Assessment, LCA) позволяет сопоставить экологическое воздействие здания на всех стадиях – от добычи сырья до демонтажа и утилизации. Блэнгини и Гардинали в 2010 году применили LCA к процессу сноса и переработки жилого здания в Турине и показали, что селективный снос с раздельной переработкой фракций снижает совокупное экологическое воздействие на 20—30% по сравнению с сплошным сносом и вывозом на полигон [52]. Ортис, Кастельс и Соннеман в обзорной статье систематизировали методологические подходы к LCA в строительстве и указали на необходимость стандартизации границ системы и набора индикаторов воздействия [53].

Концепция «банков материалов» (material banks) представляет относительно новое направление. Согласно этой концепции, здание рассматривается как временное хранилище ценных материалов, которые после завершения срока эксплуатации могут быть извлечены и возвращены в хозяйственный оборот [54]. Практическая реализация этой идеи предполагает создание цифровых паспортов материалов, фиксирующих состав, свойства, место расположения и способ крепления каждого компонента здания. Европейский проект BAMB (Buildings as Material Banks), выполненный в 2015—2019 годах при поддержке программы «Горизонт 2020», разработал прототипы таких паспортов и протестировал их на пилотных объектах в нескольких странах ЕС [55].

Технологии информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM) создают техническую основу для реализации циркулярных принципов на стадии проектирования. BIM-модель содержит не только геометрию конструкций, но и данные о свойствах материалов, способах соединения элементов и условиях их замены. Ага и Юн в 2016 году исследовали возможности интеграции данных о разбираемости конструкций в BIM-модели и предложили набор дополнительных атрибутов, описывающих способ демонтажа каждого элемента [56]. В Российской Федерации обязательное применение BIM при проектировании объектов с государственным финансированием, введенное с 2022 года (Постановление Правительства РФ от 05.03.2021 No 331), создает предпосылки для постепенного встраивания циркулярных атрибутов в проектную документацию, хотя на практике этого пока не происходит.

Проектирование с учетом разборки (Design for Disassembly, DfD) восходит к работам в области промышленного дизайна 1990-х годов, однако применительно к зданиям систематическое развитие получило лишь в последнее десятилетие. Принципы DfD в строительстве включают: использование механических (болтовых, винтовых) соединений вместо химических (клеевых, сварных); стандартизацию размеров элементов; минимизацию числа различных материалов; обеспечение доступности соединительных узлов для инструмента. Торнтон Кей, один из практиков повторного использования строительных материалов в Великобритании, на протяжении двух десятилетий документировал опыт разборки зданий и предложил практические рекомендации по проектированию разбираемых конструкций [57]. Дюрмишевич в 2006 году разработала теорию трансформируемых зданий, в которой возможность разборки и реконфигурации конструкций заложена в саму архитектурную концепцию [58].

Отдельную область исследований составляет экономика вторичных строительных материалов. Формирование рынка вторичных материалов сталкивается с рядом затруднений: нестабильное качество вторичного сырья, отсутствие стандартов, предубеждение проектировщиков и заказчиков, логистические издержки, связанные с транспортировкой грузов невысокой стоимости. Хосейни, Рамезанианпур и Никуй в 2016 году установили, что конкурентоспособность вторичного щебня определяется прежде всего расстоянием перевозки и стоимостью захоронения отходов в данном регионе [59]. Там, где захоронение обходится дорого (вследствие высоких тарифов или удаленности полигонов), вторичные заполнители экономически привлекательны даже при относительно высоких затратах на переработку. Сильва, де Бритту и Дингс в 2017 году сформулировали основные факторы, влияющие на качество вторичных заполнителей: минералогический состав исходного бетона, технология дробления, степень удаления растворной части, влагопоглощение полученного заполнителя [60].

Концепция расширенной ответственности производителя (Extended Producer Responsibility, EPR), широко применяемая в отношении упаковки, электроники и автомобилей, обсуждается и применительно к строительным материалам. В Нидерландах производители некоторых видов строительной продукции обязаны принимать ее обратно после окончания срока службы [61]. Во Франции закон о борьбе с отходами и циркулярной экономике (Loi AGEC, 2020) установил обязанность производителей строительных материалов участвовать в финансировании сбора и переработки отходов [62]. Перенос принципов EPR на строительную отрасль связан с дополнительными сложностями: долгий срок службы зданий (50—100 лет) означает, что ответственность производителя материала может наступить через несколько десятилетий после продажи, когда предприятие-изготовитель может уже не существовать.

Цифровизация создает дополнительные возможности для организации циркулярных потоков строительных материалов. Онлайн-платформы, связывающие поставщиков вторичных материалов с потребителями, снижают транзакционные издержки поиска и верификации. В Великобритании функционирует платформа Globechain, в Нидерландах – Insert и Madaster, в Бельгии – Rotor DC [63]. Применение технологий машинного зрения для автоматической сортировки строительных отходов повышает производительность и точность разделения фракций. Юсуф, Зиллефрув и Кавалларо в 2024 году провели обзор цифровых инструментов для циркулярного строительства и выделили пять категорий: платформы торговли вторичными материалами, системы отслеживания материальных потоков, инструменты оценки циркулярности проектов, BIM-расширения для проектирования разбираемых конструкций и аналитические системы для управления сносовыми работами [64].

По итогам рассмотрения концепции и подходы, отметим несколько существенных положений. Первое: идея замыкания материальных потоков имеет полувековую интеллектуальную историю; она вобрала в себя элементы термодинамического анализа, промышленной экологии, дизайна продуктов и экономики услуг. Второе: применительно к строительной отрасли эта идея приобретает специфические черты, обусловленные масштабом и долговечностью зданий, составом строительных отходов и организацией строительного производства. Третье: нормативное оформление циркулярной экономики в различных странах существенно различается по глубине и системности – от комплексных программ в Нидерландах и Японии до фрагментарных элементов в России. Четвертое: российская нормативная база содержит отдельные элементы циркулярного подхода, при этом не объединяет их в целостную систему и отстает от передовой зарубежной практики. Пятое: научные исследования в данной области переживают период быстрого роста, причем смещение акцента от частных технологических решений к системному анализу жизненного цикла зданий является выраженной тенденцией последних лет.

В последующих разделах настоящей главы предметом рассмотрения станет конкретный опыт внедрения циркулярных подходов в строительстве (подглава 1.2) и принципы вместе с механизмами их практической реализации (подглава 1.3). Теоретическая база, изложенная в настоящей подглаве, составляет концептуальное основание для методологических разработок, представленных во второй главе монографии.

Экономические инструменты регулирования обращения со строительными отходами образуют несколько групп. Запретительные меры (прямой запрет на захоронение определенных фракций) применяются в Японии, Германии и ряде скандинавских стран. Фискальные инструменты (налоги на захоронение, сборы за размещение) используются в большинстве стран ЕС, причем их результативность прямо зависит от ставки: опыт Великобритании показал, что повышение ставки налога на захоронение (Landfill Tax) с 7 до 96 фунтов стерлингов за тонну в период с 1996 по 2020 год привело к снижению объемов захоронения строительных отходов на 60% [65]. Субсидирование переработки (прямые субсидии, налоговые льготы, льготное кредитование) применяется реже и обычно носит временный стартовый характер. Административные требования (обязательный план управления отходами в составе проектной документации, предпроектное обследование зданий перед сносом) получают все более широкое распространение. Рыночные инструменты (торговля квотами на захоронение) обсуждаются, но на практике для строительных отходов пока не применяются.

Стоимостные оценки перехода к циркулярной модели в строительстве существенно различаются в зависимости от методики расчета и принятых допущений. Исследование Deloitte для Европейской комиссии (2017) оценило экономический потенциал повышения уровня переработки строительных отходов и отходов сноса в ЕС до 90% в 11—23 млрд евро в год за счет экономии на первичном сырье, снижения затрат на захоронение и создания добавленной стоимости в перерабатывающем секторе [66]. Исследование Arup и BAM (2019) для Великобритании оценило потенциал перехода к циркулярному строительству в 1,4 млрд фунтов стерлингов ежегодной экономии для сектора в целом [67]. Применительно к России подобные расчеты до настоящего времени не проводились, что создает затруднения для обоснования необходимых инвестиций и нормативных решений.

Необходимо рассмотреть концепция городского минирования (urban mining), тесно связанная с циркулярной экономикой в строительстве. Городская застройка аккумулирует колоссальные запасы материалов, которые Клозе и Мао назвали «антропогенными месторождениями» [68]. По расчетам Международного ресурсного центра (UNEP IRP), глобальный объем материалов, заключенных в зданиях и инфраструктуре, составляет порядка 790 млрд тонн [69]. По мере выбытия существующего фонда зданий (а срок службы железобетонных конструкций составляет 50—120 лет) эти материалы высвобождаются и могут быть вовлечены во вторичный оборот. Стратегически города будущего могут рассматриваться одновременно как потребители первичных ресурсов и как источники вторичного сырья, причем вторая роль со временем будет возрастать.

Количественные характеристики материального состава зданий различных конструктивных типов исследованы недостаточно полно. Тарасова и Ланге в 2009 году провели инвентаризацию материалов жилого фонда Москвы и установили, что многоквартирные жилые дома советского периода (серии П-44, КОПЭ, И-155) содержат от 0,8 до 1,2 тонны бетона и от 60 до 100 кг стали на квадратный метр общей площади [70]. При сносе крупнопанельного дома серии 1—515 площадью 3500 кв. м образуется порядка 4000—4500 тонн бетонного лома, 250—350 тонн металлолома и 50—80 тонн прочих отходов. Если эти материалы перерабатываются, а не захораниваются, экономический эффект измеряется миллионами рублей на один объект – за счет выручки от продажи вторичного щебня и металлолома и экономии на оплате захоронения.

Барьеры, препятствующие распространению циркулярных методов работы в строительстве, носят многоуровневый характер. На институциональном уровне отсутствуют или недостаточно развиты нормативные требования к содержанию вторичных материалов в строительной продукции. На экономическом уровне низкие тарифы на захоронение отходов (в России – от 600 до 3000 руб. за тонну в зависимости от региона) делают переработку финансово непривлекательной по сравнению с вывозом на полигон. На технологическом уровне оборудование для переработки строительных отходов требует значительных капитальных вложений: стационарная дробильно-сортировочная установка мощностью 200—300 тыс. тонн в год обходится в 150—300 млн руб. На информационном уровне отсутствует достоверная статистика образования и движения строительных отходов, что затрудняет планирование перерабатывающих мощностей. На культурном уровне проектировщики и заказчики испытывают предубеждение в отношении вторичных материалов, предпочитая первичное сырье даже при сопоставимых технических характеристиках [71].

Гизеллини, Сиферини и Ульгиати в 2016 году провели критический анализ концепции циркулярной экономики и указали на ряд ее теоретических ограничений [72]. Во-первых, полное замыкание материальных циклов невозможно в силу второго начала термодинамики: каждый цикл переработки связан с потерями качества (переработка с понижением качества) и требует затрат энергии. Во-вторых, рост экономики неизбежно требует притока новых материалов, который не может быть полностью компенсирован переработкой. В-третьих, социальные и организационные аспекты перехода к циркулярной модели нередко недооцениваются в пользу технологических решений. Эти критические замечания не отменяют практической ценности циркулярного подхода, но предостерегают от его абсолютизации и побуждают к реалистичной оценке достижимого уровня замкнутости материальных потоков.

Стандартизация играет критически значимую роль в формировании циркулярной экономики в строительстве. Технический комитет ISO/TC 323, созданный в 2018 году, ведет разработку серии стандартов по циркулярной экономике, включая терминологию, принципы и общие требования [73]. Европейский комитет по стандартизации (CEN) через технический комитет CEN/TC 350 разрабатывает стандарты оценки устойчивости строительных сооружений, в том числе EN 15978 (оценка экологических характеристик зданий) и EN 15804 (экологические декларации строительных изделий) [74]. В Российской Федерации работу в данном направлении ведет технический комитет по стандартизации ТК 366 «Устойчивое развитие», однако национальные стандарты, специфичные для циркулярного строительства, к моменту написания монографии не приняты.

Международная система экологической сертификации зданий (LEED, BREEAM, DGNB) постепенно включает критерии циркулярности в оценочные методики. Версия BREEAM 2018 года содержит категорию «Wst 06 – Design for disassembly and adaptability», поощряющую проектирование с учетом разборки [75]. Система DGNB (Немецкий совет по устойчивому строительству) в версии 2023 года присваивает дополнительные баллы за наличие материального паспорта, применение стандартизированных соединений и превышение минимального содержания вторичного сырья [76]. Российская система добровольной сертификации GREEN ZOOM, разработанная НП «Совет по зеленому строительству», включает критерии, связанные с управлением строительными отходами, вместе с тем аспекты проектирования с учетом разборки и применения вторичных материалов представлены в ней пока минимально [77].

Научные школы, формирующие теоретическую основу циркулярного строительства, принадлежат к нескольким дисциплинарным направлениям. Инженерная школа (Делфтский технический университет, Лундский университет, Миланский политехнический университет) сосредоточена на технологиях переработки, свойствах вторичных материалов и проектировании разбираемых конструкций. Экономическая школа (Кембриджский университет, Институт устойчивых ресурсов при UCL) исследует бизнес-модели, рыночные механизмы и макроэкономические последствия циркулярного перехода. Управленческая школа (Скандинавские университеты, Университет Антверпена) фокусируется на организационных аспектах: логистике обратных потоков, координации участников цепочки поставок, преодолении организационных барьеров. Пересечение этих трех направлений формирует междисциплинарное исследовательское поле, к которому принадлежит настоящая монография.

Понятие «циркулярного разрыва» (circularity gap) введено Организацией Circle Economy в ежегодном докладе «Circularity Gap Report» для обозначения доли первичных материалов в общем объеме потребления [78]. По данным доклада за 2024 год, мировая экономика является циркулярной лишь на 7,2%, и этот показатель снижается (в 2018 году он составлял 9,1%) [79]. Строительная отрасль вносит основной вклад в этот разрыв за счет колоссальных объемов потребляемых минеральных материалов, основная часть которых используется однократно. Сокращение циркулярного разрыва в строительстве – одна из ключевых задач, определяющих актуальность разработок, представленных в настоящей монографии.

Ретроспективный анализ показывает, что скорость проникновения циркулярных принципов в строительную практику заметно уступает темпам их нормативного закрепления. Юридические документы Европейского союза фиксируют амбициозные цели, при этом реальная доля вторичных материалов в новом строительстве на территории ЕС по-прежнему составляет лишь 10—15%, тогда как для достижения заявленных целей она должна превысить 30% к 2030 году [80]. Разрыв между декларируемым и фактическим объясняется несколькими причинами. Строительная отрасль отличается высокой инерционностью: проектировщики, подрядчики и заказчики привыкли работать с определенными материалами и технологиями, а переход на вторичное сырье требует пересмотра проектных решений, испытаний и согласований. Цепочка поставок строительных материалов фрагментирована: между сносом здания, переработкой отходов и включением вторичного материала в новый объект задействовано множество посредников, каждый из которых увеличивает транзакционные издержки. Наконец, стоимость первичных минеральных материалов (щебень, песок, цемент) во многих регионах остается настолько низкой, что вторичные заменители не выдерживают ценовой конкуренции без специальных регуляторных мер.

Тема взаимосвязи циркулярной экономики и климатической политики приобретает все большее значение. Производство цемента принадлежит к крупнейших промышленных источников выбросов CO2: на цементную отрасль приходится около 8% мировых антропогенных выбросов углекислого газа [81]. Применение вторичных заполнителей вместо первичных позволяет снизить потребность в цементе и, следовательно, сократить углеродный след строительства. По расчетам Института строительных материалов Делфтского технического университета, замещение 30% природного крупного заполнителя вторичным щебнем из бетонного лома снижает углеродный след бетонной смеси на 12—18% при условии, что расстояние перевозки вторичного заполнителя не превышает 50 км [82]. Эти данные подчеркивают необходимость координации климатической и ресурсной политики: сокращение выбросов и замыкание материальных потоков выступают взаимно подкрепляющими направлениями.

Природные запасы строительного сырья, прежде казавшиеся неисчерпаемыми, обнаруживают признаки нехватки. Глобальное потребление песка оценивается в 40—50 млрд тонн в год, и строительная отрасль является его крупнейшим потребителем [83]. Доклад ЮНЕП «Sand and Sustainability» (2019) констатировал, что добыча песка превышает темпы его естественного восполнения в руслах рек и прибрежных зонах, что ведет к деградации водных экосистем, эрозии берегов и понижению уровня грунтовых вод [84]. В ряде стран Юго-Восточной Азии (Камбоджа, Индонезия, Вьетнам) введены ограничения или запреты на экспорт песка. В европейских странах стоимость строительного песка за последнее десятилетие выросла на 30—50% [85]. Эти тенденции создают прямые экономические предпосылки для более активного использования вторичных заполнителей из переработанного бетона и асфальтобетона.

Еще одним теоретически и практически значимым направлением является модульное строительство, тесно связанное с принципами циркулярной экономики. Модульные конструкции проектируются как набор унифицированных элементов, которые собираются на площадке с помощью механических соединений и могут быть демонтированы, перемещены и повторно собраны в ином месте. Лачингер и Брандл в 2019 году проанализировали экологические преимущества модульного строительства и установили, что модульные здания с расчетным сроком службы 50 лет демонстрируют на 40—50% более низкий углеродный след жизненного цикла по сравнению с аналогичными монолитными конструкциями при условии одного цикла перемещения [86]. Тем не менее модульный подход предъявляет повышенные требования к точности изготовления элементов, устойчивости соединительных узлов к многократной сборке-разборке и организации логистики крупногабаритных модулей.

Анализ патентной активности подтверждает рост технологического интереса к циркулярному строительству. По данным Европейского патентного ведомства, число патентных заявок, связанных с переработкой строительных отходов и повторным использованием строительных материалов, увеличилось втрое за период с 2015 по 2023 год [87]. Наибольшую активность демонстрируют заявители из Германии, Нидерландов и Японии. Тематически преобладают разработки в области дробления и сортировки бетонного лома, технологий разделения стекла и полимерных отходов, а также методов оценки остаточного ресурса конструктивных элементов. Российские заявители представлены в этом массиве минимально, что отражает общее отставание отечественной строительной индустрии в освоении циркулярных технологий.

Образовательный аспект перехода к циркулярному строительству требует отдельного упоминания. Тваронит и Карбонбланк в 2023 году обследовали учебные программы архитектурных и строительных факультетов 50 университетов Европы и установили, что лишь 22% из них содержат специализированные курсы по циркулярной экономике в строительстве [88]. Большинство программ ограничиваются общими сведениями об устойчивом развитии, не переходя к практическим инструментам проектирования разбираемых конструкций, оценки циркулярности или управления вторичными материалами. В российских архитектурно-строительных вузах (МГСУ, СПбГАСУ, ННГАСУ) тематика циркулярной экономики представлена еще менее системно и ограничивается, как правило, отдельными лекциями в курсах экологии или технологии строительных материалов.