Sådan sparer man 1 million tons CO2

Byggesektoren har gjort betydelige fremskridt i forhold til at reducere de driftsrelaterede CO2-emissioner. Nu må vi fokusere på reduktion af indlejret CO2. Ved at tænke anderledes omkring nogle af de mest CO2-intensive bygningskomponenter mener vi, at det er muligt at fjerne op til 1 million tons CO2e årligt fra den britiske byggesektor. Det svarer til den årlige CO2-optagelse fra 40 millioner træer.

Begrebet indlejret CO2 udtrykker det globale opvarmningspotentiale (GWP), målt i ækvivalente CO2-emissioner (CO2e), som kan tilskrives alle materialer og processer, der indgår i materialerne og komponenterne i et projekt.

I en livscyklusvurdering (LCA) ser vi ikke kun på den eksisterende indlejrede CO2 i alle materialer og komponenter op til færdiggørelsen. Vi ser også på indlejret CO2 i forbindelse med udskiftning og vedligeholdelse samt den driftsrelaterede CO2.

Komplette livscyklusvurderinger er nøglen til holistiske løsninger, og i en bygning er den eksisterende indlejrede CO2 generelt den vigtigste komponent at fokusere på.

I en typisk bygning findes størstedelen af den eksisterende indlejrede CO2 i bygningsstrukturen. Den udgør typisk 50-70% af de samlede emissioner. Selvom byggeteknologien har været i kraftig udvikling, opføres næsten alle bygninger stadig af beton eller stål og i mindre udstrækning af murværk og træ. Det er svært at finde en bygning, der slet ikke bruger beton, i det mindste i fundamentet.

Beton er det mest anvendte byggemateriale på jorden. I Storbritannien vurderer man, at det årlige betonforbrug til bygninger er næsten 36 mio. tons beton(1). Det svarer til 4,5 millioner tons CO2e, ca. 1% af Storbritanniens samlede CO2-udledning(2).

Beton i bygningsstrukturer giver store muligheder for at reducere den indlejrede CO2. Hos Rambøll har vi udviklet en tretrinsfilosofi til at reducere kulstof i bygningsstrukturer i Storbritannien:

1. Udfordre opgaven: Man udfordrer designopgaven ved at teste kravene til bygningsstrukturen og sikre, at vi har undersøgt alle muligheder for at reducere materialeforbruget. For betonkonstruktioner kan det gøre en stor forskel. Det kan føre til, at man finder et mere effektivt gitter, reducerer belastningen eller ændrer understøttelsen af facaden. Hvis man f.eks. reducerer et strukturgitter fra 9 m x 9 m til 8 m x 8 m, kan man spare 15% CO2e/m2 pr. betonplade.

2. Optimer designet: Når vi har tillid til, at vores bud på at løse opgaven opfylder kundens behov uden utilsigtede krav om CO2-udledning, fokuserer vi på at forbedre designet. En mere grundig analyse, omhyggelig brug af eksisterende reglementer og øget strukturel udnyttelse kan føre til yderligere besparelser. En streng anvendelse af reglementer kan i sig selv reducere designbelastningerne med 5-10%.

3. Skær i kulstoffet: Endelig fokuserer vi på, at vores materialespecifikationer er optimeret til at opfylde de tekniske krav og samtidig minimere CO2-udledningerne. For beton indebærer det en aktiv proces med gennemgang af strukturen for at finde muligheder for at reducere CO2 i hvert enkelt element og betonblanding.

CO2-reduktion i beton kræver en detaljeret forståelse af materialet, hvad det består af, og i sidste ende hvordan vi kan raffinere det for at reducere emissionerne. Efter vores skøn kan den britiske byggesektor alene spare én million tons CO2e ved at benytte denne fremgangsmåde.

Cement skal være i fokus, når det handler om CO2-reduktion. Cement er den aktive bestanddel af beton. Den står typisk for 12% af vægten, men op til 85% af den indlejrede CO2.

Ingeniører tager primært hensyn til styrke og holdbarhed, når de specificerer mængden af cement i beton. Ingeniører specificerer typisk det mindst mulige cementindhold, mens den endelige blanding bestemmes af entreprenøren og dennes leverandør.

En entreprenør skal levere en beton, der opfylder ingeniørens krav, men de fokuserer også på betonens "friske" egenskaber. Ud over ingeniørens krav fokuserer de således på hurtig styrkestigning og betonens konsistens eller flow.

Disse sidste krav kan øge cementindholdet betydeligt mere, end styrken i sig selv kræver. Derfor kan cementindholdet være helt op til 50% højere, end ingeniørerne kræver.

Cement findes i mange forskellige typer og blandinger. Den mest almindelige cement kaldes Portland-cement eller CEMI. Den fremstilles ved at knuse kalksten og ler, opvarme det til 1450 grader og male det til et fint pulver.

Processen ændrer kalkstenens kemiske opbygning, så der opstår et reaktivt materiale, der, blandet med vand, danner en stærk og stabil matrix og låser aggregaterne sammen til beton. Produktionsprocessen er meget CO2-intensiv. For hvert ton Portland-cement dannes der ca. 860 kg eCO2(3).

Ren CMI-beton bruges dog kun sjældent. Den blandes normalt med supplerende bindemidler (SCM, Supplementary Cementitious Materials), typisk affaldsprodukter fra andre industrier. Disse SCM'er tilbyder forskellige grader af reaktivitet og ændrer betonens friske og permanente egenskaber. De fleste SCM'er er langt mindre CO2-intensive end Portland-cement, så det er en nem måde for os til at reducere CO2 i cementen.

Op til 80% af Portland-cement kan erstattes af SCM'er under de nuværende tekniske bestemmelser, men det er måske ikke altid hensigtsmæssigt at gøre det. De to mest almindelige SCM'er er granuleret højovnsslagge (GGBS) og flyveaske (FA), der kommer fra henholdsvis stål-højovne og kulfyrede kraftværker.

Potentialet fra disse SCM'er er begrænset, fordi vi også må se på CO2-intensiteten i disse industrier. Desuden er der ikke tilstrækkeligt med GGBS og FA til at tackle den globale udfordring. Derfor er industrien nødt til hurtigt at undersøge alternative SCM'er.

Der findes også nye cementtyper, der fremstilles med forskellige materialer og processer, som reagerer anderledes, når de fungerer som bindemiddel. Der findes endda cementer, der bruger kuldioxid som reagens ved at låse CO2'en under hærdningen.

Disse alternativer har lovende fremtidsmuligheder, men der skal gøres meget, før de er kommercielt levedygtige og kan bruges i større målestok. Det er imidlertid vigtigt, at vi støtter disse teknologier ved at bruge dem i lavrisikoscenarier for at fremme udviklingen af viden og erfaringer med brugen af disse nye materialer.

Når det britiske UCL-forskningsinstitut for neurologi og demens er færdigbygget i 2024, vil det være et forskningscenter i verdensklasse. Bygningen på 17.000 m2 i det centrale London vil huse banebrydende forsknings- og billedbehandlingsfaciliteter. Rambøll har designet en betonramme, der støbes på stedet og giver den vibrationsevne og fleksibilitet, der er nødvendig for at opfylde kravene fra den meget komplekse forskning i bygningen.

Ved at bruge vores tretrinsproces og arbejde tæt sammen med entreprenøren og dennes underentreprenører har Rambøll kunnet inddrage foranstaltninger, som vil give betydelige reduktioner i CO2-intensiteten sammenlignet med typiske industrital.

• Bruge en buet, indvendig hvælvingsflade til hovedkontorområdet, som holder betonen sammenpresset og bruger mindre beton og stål end en tilsvarende løsning med flade pladeelementer.
• Bruge efterspændingsløsninger, hvor det er relevant
• Tillade betonen at styrke langsommere i understrukturen og dermed reducere cementbehovet
• Bruge cementerstatning i store mængder, især i fundamenterne, der står for 25% af betonen
• Samarbejde med entreprenøren og leverandøren om at begrænse det samlede cementindhold gennem tidligt engagement
• Undersøge mulighederne for at teste niveauer af cementerstatning, der normalt ikke bruges i konstruktioner med flade pladeelementer
• Vi undersøger også, om vi kan bruge nye betonformer i ikke-kritiske udvendige arbejdsarealer, f.eks. under belægning og befæstede overflader.

Denne række af foranstaltninger vil resultere i en vægtet gennemsnitlig CO2-intensitet på 97 kg eCO2/t, en reduktion på 23% i forhold til typisk beton. Det svarer til en samlet besparelse på 490 tons CO2, hvilket igen svarer til at fjerne 400 biler fra vejene i et år.

Med fokus på indlejret CO2 viser dette projekt, at det er muligt at reducere indlejret CO2 betydeligt i konstruktionsbeton med en systematisk tilgang. Hvis vi kan reducere den typiske CO2-intensitet lige så meget på tværs af bygningsstrukturer i Storbritannien, anslår vi, at vi kan reducere CO2-udledningen med mere end 1 million tons om året.

Vi har allerede teknologien og ekspertisen til at reducere mængden af indlejret CO2 betydeligt i konstruktionsbeton. Det kræver dog, at man systematisk identificerer besparelser og har en målrettet samarbejdsstrategi for at maksimere CO2-reduktionen.

Selvom denne tilgang ikke alene fører os frem til en nettonulposition, vil den yde et betydeligt bidrag, og ikke mindst vil den etablere de processer, der gør det muligt for os at identificere de næste skridt og låse op for fremtidige teknologier.

Referencer

1. Betonvolumen beregnet baseret på cementestimater i Shanks et al med brug af et cementindhold på 12%.
2. 126 kg eCO2/ton antages. Britiske myndigheders CO2-data for 2018.
3. Forudsigelsen er baseret på betonspecifikationer og drøftelser med underleverandør. Omfatter ikke forstærkning.