Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

ملخص تقني: تحليل تدفق المواد الديناميكي القائم على السيناريوهات لأسهم البنية التحتية الكلية الهولندية

بيان المشكلة
يتطلب تحقيق الدائرية في أنظمة البنية التحتية استرداداً فعالاً للمواد الخام الثانوية من مخزونات نهاية العمر الافتراضي (EoL) لتعويض الطلب المستقبلي على المواد البكر. وبينما تمتلك هولندا مخزوناً متطوراً من البنية التحتية التي وصلت الآن إلى نهاية عمرها التصميمي (بُنيت أساساً في الستينيات والسبعينيات)، إلا أن هناك فجوة بحثية كبيرة فيما يتعلق بتحديد كمية توافر المواد الثانوية المستقبلية من البنية التحتية الكلية غير المتعلقة بالمباني. غالباً ما تركز الدراسات الحالية على المباني أو قطاعات محددة مثل التنقل، متجاهلةً بنى المياه والمرافق والوقود الأحفوري. علاوة على ذلك، يوجد تمييز حاسم بين إمكانات الاسترداد النظرية والدائرية الفعلية "للحلقة المغلقة"، حيث تحتفظ المواد بوظيفتها وقيمتها الأصلية. يتضمن الكثير من عمليات الاسترداد الحالية في هولندا "إعادة التدويم لدرجة أدنى" (downcycling) (على سبيل المثال، استخدام ركام الخرسانة كحشوة للطرق)، وهو ما يفشل في تقليل الطلب على المواد الأولية بشكل فعال. تعالج هذه الدراسة الحاجة إلى تحديد كمية الطلب على المواد مستقبلاً وإمكانات الدائرية للحلقة المغلقة للصلب والخرسانة والأسفلت في البنية التحتية الكلية الهولندية تحت سيناريوهات انتقالية متنوعة.

المنهجية
تستخدم الدراسة نموذج تحليل تدفق المواد الديناميكي (dMFA) القائم على المخزون، والذي تم صياغته بناءً على إطار عمل مولر (2006). يغطي التحليل البنية التحتية الكلية (باستثناء المباني) عبر خمس فئات: الطرق السريعة والسكك الحديدية، المياه، النفط والغاز، الكهرباء، والمرافق. المواد الأساسية الثلاث التي تم تحليلها هي الصلب والخرسانة والأسفلت، والتي تشكل أكثر من 90% من استخدام المواد حسب الوزن في هذه القطاعات.

• مصادر البيانات: تم جمع تطور المخزون التاريخي، وكثافة المواد، ومتوسط الأعمار (1950-2023) من قاعدة بيانات SUBLIME.
• نمذجة العمر الافتراضي: تم استخدام دالة توزيع "ويبُل" (Weibull) لنمذجة منحنيات بقاء العمر الافتراضي للبنية التحتية، كما هو موصى به للأصول طويلة الأمد.
• تطوير السيناريوهات: تم تطوير ثلاثة سيناريوهات متميزة لاستيعاب عدم اليقين المستقبلي:
  • السيناريو المرجعي: يتماشى مع التوقعات المركزية لمالكي الأصول والاتجاهات الحالية.
  • سيناريو الطلب المنخفض: يفترض وجود حوافز تنظيمية محدودة وتقدم تكنولوجي بطيء.
  • سيناريو الطلب المرتفع: يفترض انتقالاً طاقياً طموحاً، وتدخلات سياساتية قوية (مثل تفويضات الاسترداد)، وبنية تحتية متطورة لإعادة التدوير.
• الكمية: تم حساب المخزون المستقبلي للمواد ($MS$) باستخدام رابطة (المخزون-التدفق-الخدمة): $MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$، حيث $Pop$هو عدد السكان، و$S/Pop$هو متطلبات البنية التحتية لكل فرد، و$M/S$ هي كثافة المواد.
• مقاييس الدائرية: تميز الدراسة بين إمكانية التوريد القصوى (التدفق الخارج النظري) وإمكانية الاسترداد الفعلية (التي تأخذ في الاعسب الخسائر النظامية). ومن الأهمية بمكان، أنها تحسب دائرية الحلقة المغلقة (CLC)، والتي تُعرف كنسبة مئوية من إجمالي الطلب على المواد التي يتم تلبيتها بواسطة مواد ثانوية يُعاد استخدامها عند نفس مستوى الوظيفة، مع استبعاد إعادة التدويم لدرجة أدنى صراحةً.

النتائج الرئيسية
يتوقع التحليل تدفقات المواد من عام 2024 إلى 2070 تحت السيناريوهات الثلاثة:

• اتجاهات الطلب على المواد:

  • الصلب: من المتوقع أن يزداد الطلب السنوي بشكل كبير بنسبة 94-104% بحلول عام 2070 مقارنة بمستويات عام 2024، مدفوعاً بشكل أساسي بتوسع بنية الطاقة التحتية (الرياح البحرية والبرية، والطاقة الشمسية).
  • الخرسانة: من المتوقع أن يرتفع الطلب بنسبة 58-94%، مدفوعاً بشبكات المرافق وأساسات الطاقة المتجددة.
  • الأسفلت: يظل الطلب مستقراً نسبياً، مع زيادة متوقعة قدرها 1-2% فقط، حيث أن شبكة الطرق ناضجة والطلب مدفوع بالاستبدال بدلاً من التوسع.

• التوريد وإمكانات الاسترداد:

  • الصلب: يمكن أن يلبي توريد نهاية العمر الافتراضي النظري 74-86% من الطلب المستقبلي. ومع ذلك، بسبب الاعتماد على التصدير، والتلوث (مثل الكروم سداسي التكافؤ)، والحواجز التنظيمية (NEN-EN 1090)، تُقدر دائرية الحلقة المغلقة الفعلية بنسبة 31-40%.
  • الخرسانة: يمكن أن يلبي التوريد النظري 71-83% من الطلب. ومع ذلك، فإن إعادة التدويم الواسعة لدرجة أدنى إلى أساسات طرق منخفضة القيمة تحد من دائرية الحلقة المغلقة الفعلية لتتراوح بين 3-23%.
  • الأسفلت: يمكن أن يلبي التوريد النظري 92-101% من الطلب. ونظراً لأطر إعادة التدوير الناضجة واستخدام الأسفلت المسترد (RAP) العالي، تُقدر دائرية الحلقة المغلقة الفعلية بنسبة 50-85%.

• التحولات القطاعية: بحلول عام 2070، من المتوقع أن تستحوذ بنية الطاقة التحتية على غالبية مخزونات وتدفقات الصلب (50-60%) والخرسانة (42-56%)، مبتعدة عن الهيمنة التاريخية للطرق السريعة والمرافق.

المساهمات الرئيسية

1. نطاق شامل: توسع الدراسة نطاق تحليل تدفق المواد بما يتجاوز المباني والتنقل لتشمل بنى المياه والمرافق والطاقة، مما يوفر رؤية شاملة لمخزونات البنية التحتية الكلية الهولندية.
2. تمييز الدائرية: تقوم الدراسة صراحةً بقياس الفجوة بين الاسترداد النظري ودائرية الحلقة المغلقة، مما يسلط الضوء على أن معدلات إعادة التدوير المرتفلة (مثل 98% لنفايات البناء) غالباً ما تخفي عملية إعادة تدويم لدرجة أدنى تفشل في إزاحة المواد البكر.
3. حساسية السيناريوهات: يوضح التحليل كيف يمكن للطموح السياسي والتقدم التكنولوجي (تحديداً في السيناريو المرتفع) تحسين نتائج الدائرية بشكل كبير، حيث يحقق السيناريو المرتفع دائرية أعلى بنسبة 13-35% من السيناريو المرجعي.
4. تحديد الاختناقات: تحدد الدراسة عوائق نظامية محددة، بما في ذلك نقص القدرة المحلية لفرن القوس الكهربائي (EAF) للصلب الإنشائي، والمعايير الصارمة للجودة التي تمنع إعادة استخدام الخرسانة عالية القيمة، والتحديات اللوجستية لتخزين الأسفلت المسترد في المناطق الحضرية.

الأهمية والادعاءات
يزعم المؤلفون أن هذه النتائج توفر فهماً على مستوى النظام لإمكانات دائرية المواد في قطاع البنية التحتية الكلية الهولندي. وتؤكد الدراسة أنه بينما توجد الإمكانات النظرية لتلبية غالبية كبيرة من الطلب المستقبلي على المواد بالموارد الثانوية، فإن عدم الكفاءة النظامية الحالية تحد من دائرية الحلقة المغلقة الفعلية إلى جزء ضئيل من تلك الإمكانات.

تخلص الورقة إلى أن الاسترداد الكامل لمخزونات المواد في نهاية عمرها الافتراضي يمكن أن يقلل الطلب السنوي على المواد البكر بنسبة 16-49% بين عامي 2024 و2070. ويُقدم هذا التخفيض كعنصر حاسم لتحقيق هدف الحكومة الهولندية المتمثل في صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050. ويؤكد المؤلفون أن تحقيق هذه الإمكانات يتطلب نهجاً تآزرياً يدمج:

• الابتكار التكنولوجي: وتحديداً إعادة تدوير الخرسانة عالية الجودة وإعادة استخدام المكونات للصلب الإنشائي.
• التدخل السياسي: تفويضات استرداد أقوى، وحوافز للمواد الثانوية، وأطر تنظيمية محدثة (على سبيل المثال، تجاوز قيود NEN-EN 1090).
• تدخلات التصميم: إعطاء الأولوية للتصميم من أجل التفكيك، والنمطية، وتتبع المواد.

تضع هذه الدراسة هولندا كحالة تمثيلية للدول الأخرى ذات الطابع الصناعي المبكر التي تواجه تحديات مماثلة في شيخوخة البنية التحتية، مما يقدم رؤى قابلة للنقل نحو الانتقال إلى دائرية البنية التحتية.