Ecological toxicity through the life cycle of building materials

Abstract

Introduction. At the present stage it is becoming important to take into account the category of environmental toxicity (ecotoxicity) in the life cycle assessment of building materials in accordance with the methodology of international standards ISO 14000 series. Among the methods of ecotoxicity assessment, two groups can be distinguished. The first includes tests using living organisms (freshwater unicellular algae, crustaceans Daphnia magna Straus, fish embryos and luminous bacteria), standardized at the international level. Moreover, there are specifics of their application for different materials: for slab and film materials - dynamic leaching test, and for granular materials - percolation. It is important not only to study ecotoxicity for water, but also for soil. The level of microbial biomass activity and phytotoxicity of soils become important soil parameters in this respect. The second group of methods includes ecotoxicity calculations in the Comparative Toxic Unit, CTUe. Studies were carried out for building materials from different groups by the type of basic raw materials, which gave results related to the correlation of data on water and soil. The adequacy of the tests and calculations was confirmed by comparison with the studies of foreign specialists already available for a number of materials. From the obtained data it is possible to draw conclusions about the application of ecotoxicity testing methods as additional methods in the assessment of construction materials, since only in the case of biological indication it is possible to proceed to the establishment of specific toxins by chemical-analytical methods. Proposals are also made to improve the regulatory legal framework in the field of ecotoxicity determination in the life cycle assessment of construction materials.The subject of the study is ecological toxicity indicators of building materials of different nomenclature and methods of their determination. Several methods of ecotoxicity testing as well as calculation of the indicator within the framework of life cycle assessment of building materials are considered. The study of ecotoxicity category indicators will improve the quality of life cycle assessment of building materials.Materials and methods. Comparison of methods for determining ecological toxicity, both in terms of testing on living organisms (both domestic and international standards), as well as in terms of calculations of toxicity indicators for humans and ecotoxicity was carried out. A research scheme was developed in which ecotoxicity becomes a key indicator for further studies of the characteristics of natural-technogenic systems.Results. A study was carried out in which ecotoxicity was determined for the same materials by tests in the aquatic environment as well as soil samples from sites associated with the life cycle of the materials. In addition, the calculated ecotoxicity values were analyzed and compared with studies by others. The adequacy of the results obtained was confirmed.Conclusions. Advantages and disadvantages of different methods of ecotoxicity determination are analyzed, assumptions are made about possible correlation of the results with the data obtained in studies of natural-technogenic systems. Proposals for improvement of the regulatory framework in the field of ecotoxicity determination and directions for further research are made.

About the authors

P. M. Zhuk

Moscow Institute of Architecture (State Academy) (MARKHI)

Email: peter_05@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-6257-4710
SPIN-code: 2547-0781

References

  1. Груздев В.С. Биоиндикация состояния окружающей среды. Сер. Научная мысль. М. : ИНФРА-М, 2018. 160 с. doi: 10.12737/monography_5a6f02e2738690.08466285
  2. Lindner J.P., Eberle U., Schmincke E., Luick R. et al. Biodiversität in Ökobilanzen. Abschlussbericht des F+E-Vorhabens “Weiterentwicklung der Ökobilanzen durch Integration der Biodiversutätauswirckungen von Produkten” (FKZ 3511 82 3100) // Bundesamt für Naturschutz. Bonn – Bad Godesberg, 2019. Р. 242. doi: 10.19217/skr528
  3. Toxicity of Building materials. Ed. by F. Pacheco-Torgal, S. Jalali and A. Fucic. Oxford, Cambridge, Philadelphia, New Dehli, Woodhead Publishing, 2012. P. 486.
  4. Heisterkamp I., Gartiser S., Kretzschmar M., Schoknecht U. et al. Methoden und Kriterien zur Bewertung der Ökotoxizität von Produkten. Dessau-Rosslau, Umweltbundesamt, 2022. P. 135.
  5. Kobeticova K., Černý R. Ecotoxicology of building materials : a critical review of recent studies // Journal of Cleaner Production. 2017. Р. 165. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.07.161
  6. Pacheco-Torgal F., Jalali S. Toxicity of building materials: a key issue in sustainable construction // International Journal of Sustainable Engineering. 2011. doi: 10.1080/19397038.2011.569583
  7. Rodrigues P., Silvestre J.D., Flores-Colen I., Viegas C.A., de Brito j., Kurad R. et al. Methodology for the Assessment of the Ecotoxicological Potential of Construction Materials // Materials. 2017. Vol. 10. Issue 6. Р. 649. doi: 10.3390/ma10060649
  8. Pacheco-Torgal F. Introduction to advances in the toxicity of construction and building materials // Advances in the Toxicity of Construction and Building Materials. 2022. Рр. 1–7. doi: 10.1016/B978-0-12-824533-0.00009-8
  9. Mötzl H., Zelger T. Ökologie der Dämmstoffe. Grunlagen der Wärmedämmung. Lebenzyklusanalyse von Wärmedämmstoffen. Optimale Dämmstandards. Wien, Springer-Verlag, 2000. P. 195.
  10. Jungbluth N. Bewertungsmethoden in der Ökobilanzierung. Schaffhausen, ESU-services GmbH, 2023. P. 31.
  11. Fantke P., Bijster M., Guignard C., Hauschild M., Huijbregts M., Jolliet O., et al. USEtox® 2.0 Documentation (Version 1). 2017. doi: 10.11581/DTU:00000011
  12. Wielandt Egemose C., Bastien D., Frette X., Birkved M., Sohn J.L. Human toxicological impacts in life cycle assessment of circular economy of the built environment: a case study of denmark // Buildings. 2022. Vol. 12. Issue 2. Р. 130. doi: 10.3390/buildings12020130
  13. Жук П.М., Лаврусевич А.А. Геоэкологические аспекты анализа жизненного цикла строительных материалов // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2020. № 3. С. 99–111. doi: 10.15593/2409–5125/2020.03.09
  14. Urban B., Von Haaren C., Kanning H., Krahl J., Munack A. Spatially differentiated examination of Biodiversity in LCA (Life Cycle Assessment) on national scale exemplified by biofuels // Landbauforschung Volkenrode. 2012. Vol. 62. Issue 3.
  15. Zhukov A.D., Zhuk P.M., Stepina I.V. Assessment of the environmental impact on the life cycle of polystyrene thermal insulation materials // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2388. Р. 012101. doi: 10.1088/1742-6596/2388/1/012101
  16. Жук П.М. Оценка воздействий на окружающую среду жизненного цикла пенополиуретановой теплоизоляции в строительстве // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2023. № 7. С. 48‒51.
  17. Rey-Álvarez B., Silvestre J., Garsía-Martínes A., Sānches-Montañés B. A comparative approach to evaluate the toxicity of building materials through life cycle assessment // Science of The Total Environment. 2023. Vol. 26. Issue 912. Р. 168897. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.168897
  18. Rey-Álvarez B., Sānches-Montañés B., Garsía-Martínes A. Building material toxicity and life cycle assessment: A systematic critical review // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 341. Р. 130838. doi: 10.1016/j.jclepro.2022.130838
  19. Heisterkamp I., Gartiser S., Schoknecht U., Happel O., Kalbe U., Kretzschmar M., at al. Investigating the ecotoxicity of construction product eluates as multicomponent mixtures // Environmental Sciences Europe. 2023. No. 3. doi: 10.1186/s12302-023-00711-w
  20. Bandow N., Gartiser S., Ilvonen O., Scho-knecht U. Evaluation of the impact of construction products on the environment by leaching of possibly hazardous substances // Environmental Sciences Europe. 2018. Vol. 30. Р. 14. doi: 10.1186/s12302-018-0144-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».