Beräkning av klimatpåverkan och materialaspekter
Beräkning av klimatpåverkan
Livscykeln
Beräkning på byggnadsverk
Koldioxid – utsläpp och återtag
Bygg- och fastighetsförvaltningens skeden
Betongkonstruktioner
Materialet betong
Upptag av CO2 genom karbonatisering
Cement
Tillsatsmaterial
Tillsatsmedel
Ballast inklusive återvunna material
Armering
Rekommendationer
Beräkning av klimatpåverkan
Betongkonstruktioners påverkan på den globala uppvärmningen beror till stor del på andelen cementklinker i bindemedlet och i betongen samt typ av armering som används. Det mest uppenbara sättet att minska utsläppen är att använda resurser och metoder som ger så låg klimatpåverkan som möjligt vid bibehållen funktion under tillverkningsskedet av produkten.
Men ur ett livscykelperspektiv är det viktigt att även ta med de långsiktiga konsekvenserna av de val vi gör idag. Ett exempel är betongsammansättningens inverkan på beständigheten. Ett annat är konstruktionens flexibilitet för framtida ändringar samt möjlighet till återbruk. Betongkonstruktioners kretslopp illustreras i figuren nedan.
Klimatpåverkan är benämningen på den miljöpåverkanskategori där växthusgasers potential att värma jorden karaktäriseras till ett värde.
Eftersom olika växthusgaser har olika förmåga att absorbera energi och stannar olika länge i atmosfären har man valt att använda koldioxid som referens för växthusgasernas påverkan på klimatet. Det innebär att koldioxid har värdet 1 och övriga växthusgaser relateras till dess förmåga att värma jorden. Indikatorn för klimatpåverkan är GWP (Global Warming Potential, eller global uppvärmningspotential) och mäts i CO2e, koldioxidekvivalenter.
Klimatpåverkan för en produkt bestäms genom att ta hänsyn till in- och utflöden av resurser och emissioner från produktens ”system”. Detta görs genom en så kallad livscykelanalys (LCA). Grundmetodiken för en LCA är standardiserad enligt ISO 14040 och ISO 14044.
Utöver detta tillkommer produktspecifika regler (PCR) för att räkna på miljöpåverkan för olika produktgrupper vid framtagning av miljövarudeklarationer, EPD (Environmental Product Declaration), där EN 15804 är huvud-PCR för byggprodukter, se figur nedan. Den standarden har varit betydande för klimatarbetet och har inneburit att produkter räknas på liknande sätt. Inom Svensk Betong har man sedan några år tillbaka erbjudit sina medlemmar ett EPD-verktyg i syfte att ta fram EPD:er men även för att internt klimatoptimera sina processer. EPD:er används alltmer vid upphandling, miljöcertifieringssystem, hos Trafikverket samt hos Boverket vid införande av klimatdeklarationer.
Dessa är bland annat godkända för att användas i Trafikverkets klimatkalkyl, LÄNK samt hos Miljöbyggnad, LÄNK. Mer information finns i Trafikverkets användarhandledning Klimatkalkyl version 7.0, LÄNK.
EPD:er möjliggör jämförelse mellan produkter, men det är viktigt att samma livscykelskeden och deklarerad enhet är valda samt att ha i beaktande att en EPD för en medelprodukt kan variera med 10 %.
Hos EPD Norge, LÄNK och EPD International, LÄNK kan du hitta de flesta EPD:erna på den svenska marknaden.
Livscykeln
En byggprodukts livscykel delas enligt EN 15804 in i fyra skeden, se figur nedan. Skedena är Produkt (A1-A3), Byggarbetet (A4-A5), Drift (B1-B7) och Slutskede (C1-C4). Benämningarna skiljer sig något från vår byggpraxis, men det är väldigt enkelt att ”översätta” så att input sker på rätt ställen. Byggpraxis är Produktion, Byggande, Användning och Slutskede. Klimatreducerande åtgärder kan appliceras på olika delar av livscykeln och ofta har åtgärderna även konsekvenser över hela livscykeln.
För att räkna på en betongprodukts klimatpåverkan under produktskedet (A1-A3) behövs följande:
- Betongproduktens materialsammansättning per deklarerad enhet.
- Transportavstånd och transportslag av råmaterial till fabrik.
- Betongfabrikens energi- och resursanvändning (annat än produktens sammansättning) samt avfallsflöden.
- Information om möjliga bi-och samprodukter.
- En LCA-databas/sammanställning över klimatpåverkan för ingående resurser.
Detta kan göras översiktligt för att uppskatta en produkts klimatpåverkan men om en LCA-studie ska tas fram ska det göras genom en LCA-utövare.
Beräkning på byggnadsverk
Den största delen av en byggnads klimatpåverkan kommer från produktskedet (materialen) samt driftskedet (huvudsakligen energianvändning). Hur stor andel som kommer från driftskedet beror på byggnadens energiprestanda. För att byggnaden ska ha en låg energiförbrukning behöver klimatskalet vara tillräckligt isolerande och tätt. Ofta innebär det därför att en lägre energiförbrukning ger en högre klimatpåverkan i produktskedet. En energibesparing lönar sig dock i längden där den totala klimatpåverkan under hela byggnadens livscykel blir lägre, LÄNK. Hur stor den besparingen är beror även på vilken typ av energi som används. Det är därför viktigt att komma ihåg att de val som görs i ett tidigt skede, såsom material och prestanda, får konsekvenser under resten av livscykeln. Inte bara miljömässigt men även ekonomiskt. Att beakta hela byggnadens livscykel vid beräkning av klimatpåverkan är därför väsentligt. Detta gäller även anläggningar såsom exempelvis broar. Brounderhåll och reparation kan innebära stora samhällsekonomiska kostnader men även betydande direkta och indirekta klimatgasutsläpp som bland annat beror på hur trafikerad bron är, se LÄNK och LÄNK. Utsläppen och kostnaderna kan dock minimeras med god planering. Att reparera och underhålla är trots allt mer fördelaktigt än att bygga nytt.
För att räkna på en konstruktions klimatpåverkan behövs följande:
- Mängd resurser i olika livscykelskeden (inklusive transport och energi).
- En LCA-databas/sammanställning över klimatpåverkan för ingående resurser.
- Information om spill och avfallshantering.
- Information om förväntat underhåll, reparation och utbyte.
- Information om konstruktionens funktion och egenskaper såsom U-värde, ljudreduktion, livslängd, exponering, verksamhet m.m.
Att beakta konstruktionens funktion är en viktig del för att säkerställa att klimatpåverkan blir jämförbar med andra alternativ och för att säkerställa att det är den bästa lösningen för det aktuella fallet.
Klimatpåverkan för en konstruktion kan beräknas på olika sätt beroende på mål och omfattning och när i byggprocessen beräkningen ska utföras. Det finns flera standarder, regler och initiativ som sätter ramarna och ger vägledning i tillvägagångssätt. Exempel är PCR på byggnadsverksnivå, LÄNK, Boverkets klimatdeklaration, LÄNK, Trafikverkets klimatkalkyl, LÄNK, EU-taxonomin, LÄNK, Level(s), LÄNK, miljöcertifieringssystem och andra miljömärkningar.
En vanlig enhet för klimatpåverkan på byggnadsverksnivå är kg CO2e/m2BTA. I vissa fall även kg CO2e/m2BTA år.
Att göra en klimatberäkning på byggnadsverksnivå medför en del osäkerheter. Bland annat kan det finnas osäkerheter vid framtagandet av emissionsfaktorer, de mängder som används och hur stor del av byggnadsverket som är täckt i analysen, samt vilka material eller recept som faktiskt har använts. Om EPD:er har använts som underlag är det viktigt att känna till att resultaten kan variera med 10 %. För att få en bättre förståelse för analysen och för att kunna göra tolkningar behövs det ofta göras hotspot-, känslighets- eller osäkerhetsanalyser. Dels för att veta vad som är litet och vad som är stort men även för att förstå hur resultatet kan påverkas samt hur säker analysen är.
Ett annat sätt att ha koll på kvaliteten på data är att använda så kallade Q-metadata, LÄNK. Q-metadata är ett sätt att sammanfatta den bakomliggande informationen om datan. Exempelvis om EPD gäller för en specifik produkt eller medelprodukt och om den gäller för en eller flera produktionsorter.
Koldioxid – utsläpp och återtag
I figuren nedan finns en cirkulär modell där koldioxidens påverkan beskrivs i livscykeln. Cykeln börjar med cementproduktion och slutar med rivning, avfall och återbruk (slutskede). Koldioxidupptaget räknas in i en LCA under den tid det sker. Med andra ord under lagring i fabrik (kort period), driftskedet av ett byggnadsverk samt återvinningsprocesser där betongen krossas. En förståelse för dessa mekanismer ger input i arbetet med livscykelanalyser.
Bygg- och fastighetsförvaltningens skeden
För att undersöka klimateffekten av olika alternativ är det viktigt att löpande genom processen göra uppskattningar avseende byggnadsverkets hela livscykel.
Beräkningarna av klimatpåverkan förfinas och uppdateras allt eftersom effekten av olika beslut tydliggörs och då mer specifik data finns tillgänglig.
I den s.k. LCA-trappan, se figur nedan, beskrivs hur behovet av kvalitet i dataunderlag är olika beroende på syfte med beräkningarna och i vilket skede de görs.
Stöd för dessa processer finns här:
Betongkonstruktioner
Materialet betong består av ballast (sten och grus/sand), vatten, bindemedel (cement och tillsatsmaterial), tillsatsmedel och luft, i viktandelar enligt figuren nedan. Den största miljöbelastningen står normalt cementet för, och det motsvarar mer än 90 %. Emellertid har de andra delmaterialen en indirekt påverkan på miljöbelastningen. Exempelvis påverkar både ballasten och användningen av flyttillsatsmedel vatten- och cementbehovet. Givetvis ger också armeringen en miljöbelastning.
Materialet betong
Betongs klimatpåverkan beror på ställda funktionskrav och i Boverkets klimatdatabas, LÄNK samt i Svensk Betongs vägledning för klimatförbättrad betong, LÄNK.
finns värden för husbyggnadsbetong som baseras på ett för svenska marknaden representativt betongrecept samt bindemedelsmix. Genom att förändra betongens sammansättning kan klimatpåverkan reduceras stegvis. Minskningen görs i steg om minst 10, 25 respektive 40 %, jämfört med den standardbetong som skulle ha levererats för avsedd funktion.
I allmänhet kan 10 %-steget nås genom optimering av sammansättning vid fabrik medan de högre stegen också kräver åtgärder från övriga aktörer i byggprocessen. I första figuren nedan visas indikativ klimatbelastning för olika hållfasthetsklasser och för standard (branschreferens) och klimatförbättrad steg 2 (25 % förbättrad jämfört med referens), värdena visar klimatbelastningen utan faktorn 1,25 för konservativa värden. I andra figuren visas motsvarande för anläggningsbetong. Vid behov av specifik miljödata hänvisas till betongleverantörens EPD.
Denna provning avser att fastställa i vilka exponeringsklasser som cementet kan användas i och vilket vctvctekv som ska användas i respektive exponeringsklass.
I SS137003 finns också en öppning i bilaga N att använda andra bindemedel i en exponeringsklass än vad som anges i tabell 8a-8d. Detta förutsätter att en teknisk utvärdering för aktuell betong och aktuell exponeringsklass utförs. Men att göra sådana utredningar som beskrivs i bilaga N och T är tidskrävande och därför kan det vara viktigt att tidigt ha en dialog med tänkta leverantörer om dessa koncept ska användas.
Upptag av CO2 genom karbonatisering
Klimatpåverkan från betongkonstruktioner är även kopplad till dess förmåga att ta upp koldioxid från atmosfären genom karbonatisering. Maximalt kan den mängd CO2 som frigörs i den kemiska reaktionen vid cementtillverkningen, då kalksten övergår till cementklinker, tas upp. För portlandcement är det 0,49 kg CO2 per kg cement.
Inomhus i torrt klimat saknas förutsättningar för armeringskorrosion, vilket innebär att karbonatisering är en välkommen mekanism. Koldioxidupptaget räknas in i en LCA under den tid det sker. Det är under lagring i fabrik innan transport till kund (kort period), användningsskedet av ett byggnadsverk samt återvinningsprocesser där betongen krossas och därmed exponerar en större yta mot atmosfären.
Ett exempel på hur mycket koldioxid som kan bindas visas i figuren nedan. För en vägg som är dubbelsidigt exponerad och inte har någon ytbeläggning kan en större andel CO2 bindas.
En stor potential finns att utnyttja koldioxidupptaget genom att optimera återvinningsprocesserna så att maximalt med koldioxid kan tas upp. Genom att låta betongen ta upp koldioxid vid produktion av ballast till nästa produktsystem skulle det även kunna innebära att ballasten kommer in med negativa utsläpp, vilket diskuteras av bl.a. Engelsen, Mehus, Pade & Sæther, LÄNK. Detta är möjligt om den krossade betongballasten tar upp mer koldioxid än vad krossprocessen släpper ut.
Cement
Ett cements miljöpåverkan beror dels på vilken miljöpåverkan som framställningen av portlandklinkern har och hur stor andel portlandklinker som finns i cementet. Vid klinkerframställningen kommer cirka 2/3 av koldioxidutsläppen från kalcinering av kalkstenen och resterande 1/3 kommer från bränslet.
Med en energieffektiv och modern klinkerframställning och en hög andel biobränslen så kan miljöbelastningen minskas, men utsläppen från kalcineringen kvarstår.
Data på utsläpp (CO2e) för klinkerframställning finns bl.a. att tillgå hos Global Cement and Concrete Association, LÄNK. För den mest effektiva tillverkningsprocessen ligger utsläppen på 770-840 kg CO2e/ton klinker, se figur nedan.
När det gäller olika cements miljöbelastning så kommer detta påverkas av vilken cementtyp som används och hur stor andel av portlandklinker som har ersatts med tillsatsmaterial. De cementtyper som finns är definierade i SS-EN 197-1 och dessa är:
- Portlandcement CEM I, med minst 95 % portlandcementklinker.
- Sammansatta portlandcement CEM II, där CEM II/A innehåller 80-94 % portlandklinker och CEM II/B 65-79 % portlandklinker.
- Slaggcement CEM III, där CEM III/A innehåller 35-65 % slagg, CEM III/B innehåller 66-80 % slagg och CEM III/C med 81-95 % slagg.
- Puzzolancement CEM IV, där CEM IV/A innehåller 11-35 % puzzolant material och CEM IV/B med 36-55 %.
- Kompositcement CEM V, som består av slagg i kombination med puzzolant material. CEM V/A består av 18-30 % slagg och 18-30 % puzzolaner och CEM V/B består av 31-49 % slagg och 31-49 % puzzolaner.
För att få de mest tillförlitliga värdena på cement så bör detta vara baserat på EPD-data för de cement som är aktuella att använda. Observera att alla cementtyper enligt SS-EN 197-1 inte finns att tillgå i Sverige och Norden. I tabellen nedan redovisas data för de cement som finns tillgängliga på den svenska marknaden.
De cement som redovisas har olika egenskaper vad gäller hållfasthet, hållfasthetstillväxt och vattenbehov. Detta medför att för cement med en långsammare hållfasthetstillväxt så kan det krävas en längre härdning eller att åtgärder vidtas för att påskynda härdningen (accelerator, täckning, isolering, värmekablar, etc.).
Cementets sammansättning (t.ex. alkalitet, C3A-halt och innehåll av tillsatsmaterial) och malningsgrad påverkar betongens vattenbehov och mer finmalda cement kan vara mer vattenkrävande.
Tillsatsmaterial
I SS-EN 206 definieras de mineraliska tillsatsmaterial som får användas i betong för att ersätta cement, dessa reaktiva tillsatsmaterial benämns typ II. Icke reaktiva tillsatsmaterial, typ I, är t.ex. kalkstensfiller och pigment. För de reaktiva tillsatsmaterialen är det stenkolsflygaska, silikastoft och mald granulerad masugnsslagg som kan användas för att ersätta cement. På liknande sätt som för cement finns begräsningar i SS 137003 hur mycket kan tillsättas. Men för tillsatsmaterial finns två olika sätt hur tillsatsmaterialen beaktas, i det ena fallet beaktas tillsatsmaterialen (silikastoft, flygaska och slagg) med en effektivitetsfaktor ”k-värde”. Effektivitetsfaktorn, k-värdet, anger hur reaktivt tillsatsmaterialet är och hur stor andel av cementet det kan ersätta vid beräkning av ekvivalent vct (vctekv). Effektivitetsfaktorn för tillsatsmaterialen är:
- k = 0,4 för flygaska, men 0,5 kan användas om flygaskan har provats med aktuellt cement
- k = 2,0 för silikastoft, dock 1,0 i vissa exponeringsklasser
- k = 0,6 för slagg, men 0,8 får användas om slaggen har provats med aktuellt cement.
I det andra konceptet likställs tillsatsen av tillsatsmaterial med kraven på hållfasthet i cementstandarden SS-EN 197-1, konceptet likvärdig prestanda hos bindemedels-kombinationer (EPCC). Då k-faktorerna för flygaska och slagg är mindre än 1,0 (enligt SS-EN 206 och SS 137003) är EPCC-konceptet mer fördelaktigt. För EPCC-konceptet certifieras bindemedelskombinationer (som benämns ”BK”) enligt SS 137003. Då tillsatsmaterial används med k-faktor så medför detta, för de fall där exponeringsklassen styr vctekv, till en ökad bindemedelshalt.
De flesta tillsatsmaterialen, silikastoft undantaget, reagerar långsammare än cementet och detta leder till en långsammare hållfasthetstillväxt. Detta kan därför behöva beaktas t.ex. vid avspänning (förspända produkter), vid formrivning eller vid vintergjutning. Mer om tillsatsmaterial finns i Betonghandbok Material Del 1, kapitel 6, LÄNK.
Tillsatsmedel
Tillsatsmedlen i sig har en försumbar belastning på miljön, men användandet av tillsatsmedel kan ge flera positiva effekter för betongen:
- Flyttillsatsmedel kan bidra till att väsentligt reducera cement- och vattenhalt.
- Acceleratorer kan påverka hållfasthetstillväxten så att en större andel tillsatsmaterial eller ett långsamt hårdnande cement kan användas.
- Vissa typer av tillsatsmedel kan också bidra till ökad beständighet och en längre livslängd.
- Acceleratorer kan vara en möjlig åtgärd som kan kompensera ett bindemedels långsammare hållfasthetstillväxt, t.ex. om formrivningshållfastheten är kritisk. Men detta kräver att en så kallad förundersökning (bilaga A i SS-EN 206) genomförs för att bedöma effekten och lämplig dosering. Ska gjutning ske vid lägre temperaturer är det också viktigt att detta undersöks och dokumenteras. Mer om tillsatsmaterial finns i Betonghandbok Material Del 1, kapitel 5, LÄNK.
Ballast inklusive återvunna material
Ballasten bidrar generellt i ringa omfattning till betongens miljöpåverkan och då i huvudsak genom transport. Indirekt påverkar dock ballastens egenskaper betongens vatten- och cementbehov, där framför allt finballasten (< 4 mm) har stor inverkan. Krossad finballast med hög andel finmaterial kan leda till ett särskilt högt vattenbehov.
Eftersom naturgrus lokalt kan utgöra en ändlig resurs med stor betydelse för vattenförsörjningen så leder detta till en ökad användning av krossad ballast.
Då naturgrus lokalt kan utgöra en ändlig resurs med stor betydelse för vattenförsörjningen så leder detta till en ökad användning av krossad ballast. För egenskaper, användningsområden m.m., se Betonghandbok Material Del 1, kapitel 3, LÄNK.
För att minska användningen av naturresurser finns det möjligheter att använda ballast av återvunna rivningsmaterial och ballast från krossad betong. Detta finns specificerat i SS-EN 206 och SS 137003. Beroende på typ av material och exponeringsklass kan 0 %, 20 %, 30 % eller 50 % användas. Det som kan begränsa användningen och möjligheterna är den lokala tillgängligheten och att ballasten måste vara provad och certifierad. Eftersom ballasten har en låg miljöbelastning är det inte säkert att ballast från krossad betong och rivningsmaterial leder till en minskad miljöbelastning. Ofta kan det vara tvärt om, eftersom vattenbehovet kan öka. Är dessutom transportavstånden stora kan det vara miljömässigt fördelaktigt att hitta andra användningsområden och ett beslut om att använda återvunna rivningsmaterial bör baseras på en livscykelanalys. Däremot kan en förbättrad hantering av ballasten vid krossning och återanvändning leda till ett ökat koldioxidupptag genom karbonatisering, LÄNK.
Armering
Förekommande typer av armering är ospänd armering (slakarmering), spännarmering, icke metallisk armering, textilarmering samt fiberarmering. Se bilder nedan. För egenskaper, användningsområden m.m., se Betonghandbok Material Del 1, kapitel 7, LÄNK.
Förspänning kan delas upp i förespänning och efterspänning. Förespänning innebär uppspänning av spännarmering före gjutning och efterspänning efter gjutning. Vid efterspänning löper armeringen i någon form av rör. Spännarmering är oftast av typ wire och av höghållfast stål. Spännarmering används oftast vid längre spännvidder och slanka konstruktioner.
Slakarmering är en armering som inte har någon initial spänning utan armeringens funktion bygger på att betongen spricker upp och armering tar över dragkrafterna. Placering av armeringen i tvärsnittet är betydelsefull både ur funktionell, ekonomisk och hållbarhetsmässig synvinkel. Det finns olika typer av slakarmering, vanligast är kamstål. Slakarmering och spännarmering kan med fördel kombineras för att optimera konstruktionen, detta tas upp i faktablocket Klimatmedvetet konstruktionsarbete.
Spännarmering, slakarmering (kamstål) samt stålfiberarmering i brottyta.
Armeringens klimatpåverkan kan variera mycket beroende på hur den produceras. På världsmarknaden finns leverantörer som erbjuder armering med olika klimatpåverkan och det skiljer sig stort mellan olika leverantörer.
Enligt tabell nedan kan armering ha GWP-värden mellan 413 och 2010 kg CO2e/ton. GWP-relationen armering/betong kan påverka den GWP-optimala utformningen av t.ex. en anläggningskonstruktion. På den svenska marknaden erbjuds normalt armering med ett GWP-tal på ca 700 kg/ton.
Rekommendationer
Val av material
- Beakta lokal tillgänglighet av material, vilka typer av cement och tillsatsmaterial som finns att tillgå och vilka leverantörer (fabriksbetong- och betongelementtillverkare) som kan vara aktuella. Tänk på att långa transportavstånd kan leda till en ökad miljöbelastning.
- Sök information från tillverkare/leverantörer för att bedöma om det behövs mer tekniskt underlag (t.ex. materialegenskaper) och/eller om det krävs en teknisk utvärdering och provning (t.ex. beständighetsegenskaper).
- Sök erfarenheter från tidigare genomförda projekt för att få information om kritiska aspekter.
- Om ett långsamt hårdnande bindemedel används, undersök om hållfastheten vid 56 eller 90 dygn kan användas.
- Bedömning om att använda återvunna rivningsmaterial (t.ex. krossad betong) bör göras baserat på lokal tillgång och en LCA.
Utnyttjande av livslängd
- Välj en reparationsteknik och strategi som ger hållbar effekt.