Schritte zur Schaffung von kohlenstofffreien Tunneln

Die Tunnelbauindustrie befindet sich an einem Wendepunkt, an dem Nachhaltigkeit und Dekarbonisierung ganz oben auf der Agenda der Führungskräfte stehen. Um das Klimaziel von 1,5 °C bis 2050 zu erreichen, muss die Tunnelbauindustrie ihre direkten CO2-Emissionen auf Null reduzieren.

Gegenwärtig ergreifen zu wenige Länder und Infrastrukturprojekte die Initiative, um den Kohlenstoffausstoß zu reduzieren. Vielleicht ist Norwegen ein Land, das den Weg vorgibt. Wie auf dem heimischen Markt für Elektrofahrzeuge werden zunehmend Baumaschinen mit Elektroantrieb eingesetzt, und die großen Städte sollen bis 2025 kohlenstoffneutral gebaut werden. Außerhalb Norwegens haben sich einige Länder und Projekte in Europa zumindest ehrgeizige Ziele zur Verringerung des Kohlenstoffausstoßes gesetzt, die sich jedoch in der Regel auf die Entwicklung kohlenstoffarmer Betonmischungen beschränken.

Die Tunnelbauindustrie trägt zu den weltweiten CO2-Emissionen bei und muss eine Rolle bei der Kohlenstoffreduzierung spielen. Die Branche steht unter dem zunehmenden Druck von politischen Entscheidungsträgern, Investoren und Kunden, ihren Betrieb zu dekarbonisieren.

Sustainable Tunnelling - Tackle carbon and cost early

*Sobald die Entscheidung für den Bau eines neuen Tunnels gefallen ist, wird ein kluger Entwurf, gefolgt von einer effizienten Konstruktion mit Schwerpunkt auf Kohlenstoff, letztendlich zu niedrigeren Projektkosten führen.

Während einige glauben, dass ein kohlenstoffarmer Tunnelbau mit höheren Projektkosten gleichzusetzen ist, lassen die derzeitigen bewährten Verfahren für das Kohlenstoffmanagement in der Bauindustrie das Gegenteil vermuten. Durch einen ganzheitlichen Ansatz während der gesamten Lebensdauer eines Projekts, bei dem sich die Ingenieure auf die Einsparung von Kohlenstoff konzentrieren, führt dies zwangsläufig auch zu einer Senkung der Gesamtprojektkosten! Dies ist sicherlich die Philosophie, die hinter der Norm PAS2080 für das Kohlenstoffmanagement in der Infrastruktur steht, und es lohnt sich für diejenigen, die an einer Dekarbonisierung interessiert sind, diese bei ihren Projekten anzuwenden.

In Anbetracht dieser wachsenden Ambitionen und der Notwendigkeit der Dekarbonisierung möchte ich hier meine fünf Cents geben: drei Schlüsselaspekte, die die Dekarbonisierungsbemühungen beschleunigen und das Erreichen des 1,5°C-Klimaziels erheblich vorantreiben würden - intelligent bauen, effizient bauen und ein Leben lang bauen.

Clever bauen - Alles beginnt mit innovativem und durchdachtem Design

Die größten Dekarbonisierungsgewinne in Tunneln ergeben sich aus Entscheidungen in der Planungs- und Entwurfsphase. Entscheidungen im Vorfeld möglicher Projekte sind für die Kohlenstoffbilanz von entscheidender Bedeutung. Dazu gehört auch die Frage, ob überhaupt gebaut werden soll oder ob vor einem Neubau eine Modernisierung oder Verlängerung der Lebensdauer bestehender Anlagen angestrebt wird.

Daher werden die entscheidenden Unterschiede bereits in der Planungsphase gemacht, und bei Tunneln ist es die Planung, bei der der größte Teil der Kohlenstoffeinsparungen erzielt werden kann. Derartige Designvorteile lassen sich bei Tunnelprojekten leichter umsetzen, wenn der Kunde die Führung übernimmt und beispielsweise Anreize für Beschaffungskonzepte schafft, die Hauptauftragnehmer dazu bewegen, innovative kohlenstoffreduzierende Verfahren und Materialien anzubieten, die wiederum die breitere technische Lieferkette anregen.

Beim Tunnelbau in offener Bauweise wird Spritzbeton weltweit eingesetzt, und in vielen Ländern der Welt hat er sich aufgrund seiner hohen Qualität auch für permanente Tunnelauskleidungen durchgesetzt, die zwischen 20 und 25 % des Betons einsparen, der bei herkömmlichen Tunnelauskleidungen verwendet wird. Ich bin davon überzeugt, dass moderne Spritzbetonsysteme, die einen hohen Anteil an Portlandzementersatz, Polymerfasern und innovative Abdichtungssysteme kombinieren, heute Möglichkeiten bieten, den Kohlenstoffgehalt in unseren Tunnelauskleidungen um mehr als 50 % zu reduzieren. Aber auch hier gilt, dass diese 'Build Clever'-Lösungen bereits in der frühen Planungsphase erfasst und umgesetzt werden müssen, um das größte Kohlenstoffeinsparungspotenzial auszuschöpfen. Dies sind echte Lösungen, die zu echten Einsparungen führen, und mit der richtigen Teamkultur, dem richtigen Design und in Verbindung mit aufregenden neuen Beschaffungsmodellen, die positive Dinge erzwingen, können wir diese großen Schritte heute machen.

Nebenbei bemerkt besteht die Herausforderung für kohlenstoffarmen Spritzbeton darin, dass die Festigkeit in den ersten Stunden nach dem Spritzen langsamer zunimmt. Ein frühzeitiger Festigkeitszuwachs ist für die Sicherheit der Überkopfarbeiten und die Produktivität beim Aufbau ausreichend dicker Schichten von entscheidender Bedeutung. Interessante Studien, die wir mit Geopolymeren (Mischungen ohne Portlandzement) durchgeführt haben, haben gezeigt, dass wir einen extrem kohlenstoffarmen Beton mit raschem Festigkeitszuwachs erhalten können, auch wenn wir die erforderliche Langzeitleistung noch verbessern müssen, um diese Mischungen rentabler zu machen.

Der nächste Schritt auf dem Weg zu kohlenstofffreien Tunneln besteht darin, den gesamten Bauprozess äußerst effizient zu gestalten.

Ein ganzheitlicher Ansatz für die Planung und den Bau von Tunneln ist notwendig, um die Branche zu entkarbonisieren. Jeder Prozessschritt bietet eine entscheidende Komponente zur Einsparung von Kohlenstoff.

• Frühzeitige Konzentration - strategische Partnerschaften bei der Planung und Zusammenarbeit mit Bauunternehmen und der Lieferkette.
• Kohlenstoffarme und extrem kohlenstoffarme Auskleidungsmaterialien aus Spritzbeton. Neue Beschleuniger und Membranen sind der Schlüssel.
• BEV-basierte Palette von SC-Tunnelbauausrüstungen für die wichtigsten Tunneldurchmesser.
• SC-Digitalisierung zur Validierung des Entwurfs. Entwicklung von Echtzeit-SmartScan und digitalen Ökosystemen durch Zusammenarbeit mit der Industrie.
• Simulatortraining, EFNARC-Akkreditierung, kontinuierliche Verbesserung, Weiterentwicklung des computergestützten Sprühens.
• Die Menschen sind der Schlüssel zum Erfolg des kohlenstoffarmen SCL-Tunnelbaus. Das wird nicht durch staatliche Vorschriften erreicht. Die Systembetreiber müssen vorangehen.

Effizient bauen - Intelligente Ausrüstung, Menschen und Digitalisierung

Um die wichtigsten Emissionsquellen zu beseitigen und den Kohlendioxidausstoß zu verringern, sind vielfältige Anstrengungen erforderlich. Zu diesen Maßnahmen gehören die Umstellung auf nachhaltige Beschaffung, die selektive Nutzung von Kraftstoffen, elektrische Antriebe sowie die Umstellung auf Ökostromanbieter für unsere Tunnelbauprojekte.

Ein Beispiel für unser nachhaltiges Angebot sind unsere batterieelektrischen SmartDrive-Fahrzeuge. SmartDrive bietet eine bessere Leistung bei null lokalen Emissionen. Außerdem entfallen die Kosten für Treibstoff und Treibstofftransport und die Wartungskosten für die Ausrüstung sind geringer. So arbeiten beispielsweise norwegische Tunnelbauunternehmen bereits an der Erreichung der CO2-Null-Ziele für 2050, indem sie SmartDrive Spraymec 8100 SD-Sprühroboter einsetzen, die mit Strom aus dem Wasserkraftnetz aufgeladen werden. Auch bei abgelegenen Bergbauprojekten, bei denen Anlagen für erneuerbare Energien im Bergwerk den Batterieladestrom für die Bergbaumaschinenflotte liefern, ist dies bereits zu beobachten. Das ist Netto-Null und 2050 bereit.

Entscheidend für die Verringerung des Kohlenstoffausstoßes ist, dass wir schon heute damit beginnen, unseren Kohlenstoffverbrauch bei Tunnelprojekten zu messen und festzulegen - Wir müssen eine Basis schaffen, an der wir uns orientieren können, damit wir einen Bezugspunkt haben, um unser Spiel zu verbessern. Um dies zu erreichen, erwarte ich eine digitale Revolution im Spritzbeton-Tunnelbau, bei der Datenzugriffsplattformen zum Einsatz kommen, die Datenquellen von unseren unterirdischen Ausrüstungen, Dosieranlagen usw. nutzen, aber auch intelligente 3D-Scansysteme in Echtzeit an der Ausbruchstelle, die die Bediener von Roboterdüsen dabei unterstützen, "es beim ersten Mal richtig zu machen", wenn sie entweder das gewünschte Profil oder die gewünschte Dicke spritzen können. Diese Systeme werden den Ingenieuren auch dabei helfen, den Materialverbrauch, die Geologie und die Qualität zu beurteilen. Im Wesentlichen wird ein digitaler Zwilling in Echtzeit für alle Beteiligten sehr wertvoll sein und die tägliche Überprüfung der Kohlenstoff- und Kostenreduzierung vorantreiben, während gleichzeitig kontrollierte, sichere Prozesse erreicht werden.

Der VR-Spritzbeton-Simulator von Normet, der vom internationalen EFNARC C2-Zertifizierungssystem anerkannt ist, ist das jüngste Beispiel, das es den Bedienern von Düsen ermöglicht, ihre Fähigkeiten im Klassenzimmer zu vertiefen. Diese Simulatoren fördern sichere, nachhaltige Spritzverfahren und zeigen Verbesserungsmöglichkeiten auf, was dazu beiträgt, dass die Auszubildenden die richtigen Einstellungen und Praktiken entwickeln, die im realen unterirdischen Bereich erforderlich sind.

Bauen für ein ganzes Leben

Wir müssen weniger Wegwerfgesellschaft sein, insbesondere auch im Tunnelbau! Normet baut Ausrüstungen, die ein Leben lang halten, und wo immer wir können, recyceln und verwenden wir Komponenten und Materialien wieder, um neue Ausrüstungen und neue Baumaterialien zu bauen.

Und wenn wir keine neuen Tunnel bauen müssen, können wir müden und abgenutzten unterirdischen Anlagen mit Hilfe von präzisen Instrumenten zur Strukturbewertung aus der Ferne und einer Reihe intelligenter Sanierungstechnologien und -verfahren zu neuem Leben verhelfen.

Und schließlich sollten wir den Einsatz kohlenstoffarmer Spritzbetontechnologien fördern, um nachhaltigere Infrastrukturen zu bauen, die ein besseres Leben für unsere heutige und künftige Gesellschaft ermöglichen. Ein hoher gesellschaftlicher Nutzen ist bereits messbar durch das wiedererwachte Interesse an unterirdischen grünen Energiespeichersystemen, z. B. mit gepumpter Wasserkraft und voraussichtlicher Wasserstoffspeicherung, aber auch an Tunnellösungen mit niedrigen Projektkosten, um unsere abgelegenen Gemeinden dauerhaft zu verbinden.

Kurz gesagt, es sind vielfältige Anstrengungen an verschiedenen Fronten erforderlich, um die Dekarbonisierung zu beschleunigen. Es geht nicht nur um kohlenstoffarmen Beton. Wir haben alle etwas zu tun, also lasst uns loslegen und fitte, "kohlenstoffarme" Tunnel bauen.