Kiertotalous: Kahdeksan toimenpidettä, joilla rakennusalan hiilidioksidipäästöistä voidaan leikata 60%

Julkaisimme hiljattain Euroopan ympäristövirastolle tehdyn raportin, jossa analysoitiin kiertotalouden ja ilmastonmuutoksen ehkäisyn välistä yhteyttä. Raportissa esiteltiin myös menetelmä, jolla voidaan mitata kiertotalouden toimenpiteiden tuottamia hiilineutraaliuden hyötyjä.

Rakennusalalla testatussa menetelmässä löydettiin, että 8 valitun kiertotaloustoimen yhdistelmän käytöllä voidaan välttää jopa 60 prosenttia rakennusmateriaaleihin liittyvistä hiilidioksidipäästöistä EU:ssa verrattana lähtötasoon. Tämä tarkoittaa absoluuttisina lukuina 130 miljoonan tonnin hiilidioksidipäästöjä vuoteen 2050 mennessä. Esittelemme tässä tärkeimmät löydökset ja 8 tärkeää toimenpidettä poliittisille päättäjille ja yritysjohdolle, jotka haluavat alalle kestävän muutoksen.

Materiaalien tuotannon ja hallinnan arvioidaan tuottavan 67 prosenttia maailman kaikista kasvihuonekaasupäästöistä¹. Yhteiskunnissamme käytetään entistä enemmän materiaaleja. Se lisää niiden ja niistä valmistettavien tuotteiden hankintaan, käsittelyyn, kokoonpanoon, purkamiseen ja käytöstä poistoon liittyviä päästöjä. Yksi ratkaisu materiaaleihin liittyvien päästöjen leikkaamiseksi on nykyisten materiaalien säilyttäminen käytössä, mikä vähentää talouden materiaalivirtoja.

Ilmastokriisin aiheuttaman huolen takia Euroopan unionin päättäjät ovat ottaneet siirtymän kiertotalouteen asialistansa kärkeen. Joulukuussa 2019 Euroopan komissio julkaisi Vihreän kehityksen ohjelman. Se on politiikka-aloite, jossa asetetaan EU:n keinot saavuttaa ilmastoneutraalius vuoteen 2050 mennessä. Samalla siinä kuvataan siirtymä kiertotalouteen irrottamalla talouskasvu resurssien käytöstä.

Tässä tutkimuksessa ehdotimme vaiheittain tapahtuvaa siirtymää. Vertasimme kiertotalouden avulla potentiaalisesti vältettyjä hiilidioksidipäästöjä perinteisen lineaarisen mallin tilanteeseen.

Kiertotalouden toimia määritellään niin, että ne täyttävät jonkun seuraavista:

• vähentää materiaalien käyttöä (materiaalitehokkuuden menetelmät);
• korvaa korkean ympäristövaikutuksen materiaaleja alhaisemman vaikutuksen tuotteilla;
• kierrättää tuotteita tai materiaaleja verrattuna perinteisempään kierrättämisen käsitykseen (uudelleenkäyttö verrattuna kierrätykseen).

Menetelmää voi soveltaa mille tahansa talouden alalle. Sitä on testattu rakennusalalla, ja se perustuu kerättyyn, saatavilla olevaan dataan. Tutkimus antaa alustavia tuloksia menetelmän käytöstä. Tarkempia tuloksia olisi saatavana, jos käytössä olisi enemmän dataa kiertotalousmenetelmien vaikutuksesta rakennusten koko elinkaaren ajalle.

Rakentamisessa huomion kohteena on teräksen, sementin ja siihen liittyvien betonituotteiden käyttö. Nämä materiaalit vastaavat suurimmista kasvihuonekaasupäästöistä rakennusalalla.

Sementtituotteiden hiilijalanjälki vastaa noin 8% globaaleista hiilidioksidipäästöistä.² Sementin tuotantoprosesseissa syntyy hiilidioksidipäästöjä tuotteen valmistuksessa ja kalkkikiven poltossa, jossa kalkkikiveä lämmittämällä syntyy kalsiumkarbonaattia. Samalla vapautuu kiven sisältämää hiilidioksidia. Polttaminen on tarpeellista sementin kiinnittävänä ainesosan eli sementtiklinkkerin valmistamiseksi.

Teräksen tuotannon hiilijalanjälki on noin 7% globaaleista CO2-päästöistä.³ Globaalin raakateräksen tuotannon odotetaan kasvavan 30 prosentilla vuoteen 2050 mennessä. Samalla kierrätetyn teräksen tuotanto kasvaa nopeammin kuin neitseellisestä raaka-aineesta tapahtuva tuotanto.⁴ Kasvihuonekaasut terästuotannosta syntyvät prosessien ja teräksen valmistuksen energian käytöstä ja kemiallisista prosesseista.

Koska teräksellä ja betonilla on suuri merkitys kasvihuonekaasujen tuottajina, rakennusteollisuudella on paineita löytää kiertotalouden mukaisia ja tehokkaita käyttötapoja näille materiaaleille. Samalla on tarvetta löytää kannattavia ja kestäviä vaihtoehtoja. Valitsimme kahdeksan kiertotalouden toimenpidettä, jotka edistävät näitä tavoitteita.

1. Vähennä teräksen ja betonin käyttö vain äärimmäisen tarpeelliseen

Tämä ensimmäinen toimenpide vähentää uusien rakennusten päästöjä tarkemman suunnittelun avulla. Rakennuksiin käytetään nyt enemmän materiaaleja kuin on tarpeellista. Ylimitoitus johtuu osittain tarpeesta varmistaa rakenteiden kestävyys ja vakaus. Mutta osittain kyse on myös tarpeesta vähentää suunnittelukuluja, joita syntyy kun suunnitellaan materiaalitehokkaita rakenteita.

Isossa-Britanniassa tehtyjen tutkimusten mukaan rakennukset voidaan suunnitella 20% tai jopa 46% pienemmällä teräsmäärällä vaarantamatta rakenteiden vakautta ja lujuutta.⁵ Rambollin rakentamisen asiantuntijat ovat arvioineet, että betonin väärää voidaan vähentää 10% nykytasosta.

Suunnittelukäytäntöjen muutosten tukemiseksi rakennusalan standardien tulee muuttua, jotta kevyemmät rakenteet ovat mahdollisia. Tekniset ratkaisut, kuten tietokoneavusteinen suunnittelu, voi myös auttaa vain tarpeellisen määrän materiaalia käyttävien kevyiden ja kestävien rakenteiden luomisessa.

2. Käytöstä poistetun teräksen kierrätys ja olemassa olevien betonielementtien käyttö uusissa rakennuksissa

Tämä toimenpide vähentää uusien materiaalien tarvetta. Uudelleen käytettyjen teräselementtien ja erityisesti betonin osuus on pysynyt alhaisena. Erityisesti näin on verrattuna uusiin tai kierrätettyjen tuotteiden määrään. Ilmastonmuutoksen näkökulmasta katsottuna uudelleenkäyttö voi olla hyödyllistä, koska siinä ei tarvita energiaintensiivistä kierrätysprosessia, kuten teräksen sulattamista tai betonin jauhamista. Rakennuskomponenttien uudelleenkäytöstä voi tulla helpompaa, kun komponentit standardisoidaan ja suunnitellaan helposti purettaviksi seuraavaksi esitetyllä tavalla.

3. Suunnittele rakennukset niin, että niiden elementit on helppo purkaa ja käyttää uudelleen

Tällä kolmannella toimenpiteellä on valtavia mahdollisuuksia kiertotaloudelle yksittäisen rakennuksen tasolla. Jopa 90% purettavaksi suunnitellun rakennuksen materiaaleista voidaan käyttää uudelleen. Tarvitsemme siksi uuden sukupolven rakennuksia, jotka voidaan helposti purkaa esimerkiksi ruuvaamalla osat yhteen liimaamisen sijaan. Lisäksi tarvitaan komponenttien standardisuunnittelua, jonka avulla niitä on helppo käyttää toisissa rakennuksissa.

Purkamisen suunnittelu edistää tulevaisuutta, jossa rakennuksia voidaan käyttää materiaalilähteinä. Tämä mahdollistaa eräänlaisen urbaanin kaivostoiminnan ja rakennusmateriaalien hankinnan suoraan kaupungeista. Tämän menetelmän menestys riippuu mahdollisuudesta luoda rakennustietojen tietokantoja, joissa on tietoja nykyisten rakennusten koostumuksesta. Tarvitaan myös materiaalipankkien luomista, jolla helpotetaan tarvittavien materiaalien hankintaa rakennustyön aikana.

4. Puun käyttö rakenteissa betonin ja teräksen sijaan

Puun käyttö voi vähentää päästöjä merkittävästi, sillä puut ottavat hiilidioksidia talteen niiden eliniän aikana ja ne toimivat sen jälkeen hiilinieluna. Hyvin ylläpidetty puurakenne voi varastoida hiilidioksidia tehokkaasti niin kauan kuin materiaali säilyy ehjänä. Sitä on mahdollisuus käyttää uudelleen ohi alkuperäisen rakennuksen elinkaaren. Puun käyttö vaatii kestävästi hankittua puuta metsäkadon välttämiseksi. Puun tulisi olla peräisin paikallisista metsistä, jolla lievennetään kuljetuksiin liittyviä päästöjä, mikä voi muuten kumota materiaalin hyödyt.

Ramboll ja Fraunhofer ISI arvioivat, että 12% rakennusalan hiilidioksidipäästöistä voitaisiin välttää verrattuna nykytilanteeseen, mikäli kaikki uudet asuintalot EU:ssa olisivat puurakenteisia.

5. Ilmastoystävällisempien sementtilajien käyttö tavanomaisen sementin sijaan

Tämä voi osaltaan vähentää päästöjä merkittävästi. Tietyt uudet sementtilajit voivat tuottaa merkittävästi vähemmän hiilidioksidipäästöjä niiden kemiallisen koostumuksen ansiosta. Toisia voidaan käyttää esivalettujen betonielementtien valmistamiseen perinteistä sementtiä paljon alhaisemmissa lämpötiloissa. Sementin päästöjä voidaan vähentää käyttämällä muista teollisuusprosesseista syntyviä sivutuotteita sementtisekoituksissa.

Yhdessä näiden toimien päästövähennyspotentiaali on 30% nykytilaan verrattuna. Uudet sementtilaadut ovat perinteiseen sementtiin verrattuna vähemmän kilpailukykyisiä. Se johtuu hinnoittelun kannusteiden ja kysynnän puuttumisesta.

6. Rakennusten tilojen optimointi uuden rakentamisen tarpeen vähentämiseksi

Tällä toimenpiteellä voidaan vähentää päästöjä erityyppisistä rakennuksista lisäämällä niiden käyttäjätiheyttä ja tekemällä tilan käytöstä tehokkaampaa. Tällä tavalla vähäisempi määrä ja entistä kompaktimmat rakennukset vähentävät uusien rakennusten tarvetta ja niiden tarvitsemia materiaaleja. Esimerkiksi saksalaisessa tutkimuksessa arvioitiin, että asuntojen lattiapinta-alaa voidaan vähentää 11% asukasta kohti.⁶ Toimistotilan osalta ratkaisu voi myös piillä työntekijäkohtaisen lattiapinta-alan vähentämisessä. Toimistotilaa EU:ssa voisi siten vähentää 36 prosentilla, jos sovelletaan minimistandardeja lattiapinta-alasta työntekijää kohti.

Työntekijöiden mukavuuden ja turvallisuuden kannalta toimistotilojen liika vähentäminen ei ole toivottavaa. Muutosta voi helpottaa jaettujen työtilojen yleistyminen ja työntekijöille annettavat joustot etätöissä tai eri aikoihin tehtävissä töissä.

7. Betonin kierrätys purkujätteestä tehokkailla kierrätysprosesseilla

Betonin kierrätys voi vähentää uuden sementin tarvetta, jos jätebetoni murskataan ja suodatetaan uudelleenkäyttöä varten. Uudet ja tehokkaat kierrätysteknologiat ovat jo käytössä. Ne voidaan ottaa laajemmin mukaan rakennusprosesseihin rakennustyömailla, mikä vähentää kuljetusten tarvetta.

Betonin uudelleenkäytöllä olisi kuitenkin alhaisemmat hiilidioksidipäästöt kuin kierrätyksellä, sillä siinä vältetään raakasementin tuotantoprosessi.

8. Perusteellinen nykyisten rakennusten kunnostaminen purkamisen ja uusrakentamisen sijaan

Kahdeksas toimenpide luettelossamme parantaa rakennusten energiatehokkuutta ja jatkaa niiden käyttöikää. Näin tarve uusille rakennuksille ja niihin liittyville päästöille vähenee. EU:ssa kunnostetaan tällä hetkellä vuosittain yksi prosentti rakennuskannasta.⁷ Kun kunnostusten tarve lisääntyy energiatehokkuustavoitteiden myötä, tämä osuus voi kasvaa paljon suuremmaksi.

Vaikka kunnostustöissä materiaaleihin liittyvät päästöt ovat uudisrakentamista pienempiä, on tärkeää huomata, että energiatehokkuuden paraneminen ei välttämättä ole uudisrakennuksen tasolla. Rakennusten remontoinnissa on mahdollista saada päästövähennyksiä edellä yhdistetyn kiertotalouden toimista, kuten tilojen optimoinnista rakennuksen käyttäjän hiilijalanjäljen pienentämiseksi. Kyse voi olla myös materiaalitehokkaasta suunnittelusta, rakennuskomponenttien uudelleenkäytöstä ja mahdollisuuksien mukaan myös kierrätysmateriaaleista. Valikoimaan kuuluu myös matalahiilisten luontopohjaisten materiaalien käyttö. Remontointia tulisi verrata materiaali- ja energiatehokkaasta uudesta suunnittelusta syntyviin potentiaalisiin elinkierron aikaisiin päästövähennyksiin.

Lähtötilanteeseen verrattuna näillä kahdeksalla toimella on yhdessä rakennusmateriaalien osalta suuri, noin 60 prosentin päästöjen vähentämisen potentiaali vuoteen 2050 mennessä.

Tutkimuksen tuloksia tulisi tulkita lajissaan ensimmäisenä yrityksenä mallintaa rakennusalan monimutkaisia materiaalivirtoja ja arvioida kiertotalouden hiilen poistopotentiaalia. Tulokset on saatu rajallisella datalla ja tiettyjen perusasioiden oletuksilla. Tämä tarkoittaa, että erilaiset oletukset voivat tuottaa toisenlaisia tuloksia. Yksi niistä oli se, että joitakin kiertotalouden toimia analysoitaessa otettiin mukaan niiden hyötyjä vahvistavia synergiaetuja, kuten suunnittelu purkamista silmällä pitäen ja puretun rakennuksen osien uudelleenkäyttö.

Se järjestys, jolla näitä toimia on mallinnettu tapahtuvaksi vaikuttaa niiden tehokkuuteen. Jos rakennus on suunniteltu purettavaksi ennen uudelleenkäyttöä, potentiaali osien uudelleenkäyttöön nousee suuremmaksi.

Kiertotalous voi vähentää raaka-aineiden kysyntää hyödyntämällä järjestelmässä jo olevia materiaaleja. Se voi myös johtaa negatiivisen kokonaisvaikutuksen syntyyn, jos kiertoon perustuva liiketoimintamalli osoittautuu kustannustehokkaammaksi kuin uusien materiaalien käyttö. Tämä voi kumota kiertävän mallin ilmastohyödyt, mikäli seurauksena on tuotannon lisäys. Mahdollisuus kiertotalouden aiheuttamaan negatiiviseen kokonaisvaikutukseen on vähän tunnettu rakennusalalla.

Raportti osoittaa toteuttamiskelpoiset arviot tulevaisuudesta, kun käytetään nykyisiä elinkaariarvioita, viimeisintä Fraunhofer-instituutin materiaalivirtojen mallinnusta ja monialueellista panos-tuotos (MRIO) -mallinnusta. Laskelmia voi käyttää perustelemaan kiertotalouden ilmastotoimia edistävää vaikutusta yhdessä kuvattujen politiikkaskenaarioiden ja politiikan vaikutusten arvioinnin kanssa.

Analysoidut kiertotalouden toimet vaativat perusteellista yhteiskunnallista muutosta Euroopassa vuoteen 2050 mennessä. Tässä muutoksessa rakennustekniikoiden tulee kehittyä kohti parempaa materiaalitehokkuutta. Rakennusten suunnittelun tulee perustua elinkaariajatteluun, jota digitaaliset työkalut ja politiikan sääntely ja aloitteet tukevat.⁸ Tarvitaan uutta taloutta, joka palkitsee olemassa olevien materiaalien käyttöä purkamisen ja uusien raaka-aineiden käytön sijaan.

Näiden toimien kannattavuus on osoitettu yksittäisistä projekteista tehdyissä tutkimuksissa, joita on käytetty tätä raporttia koottaessa. Kaikki riippuu nyt siitä, kuinka rakennusalan sidosryhmät ja poliittiset päättäjät edistävät alan muutosta kohti kiertotaloutta ja ilmastoystävällisiä käytäntöjä.

Yhdessä kumppaneidemme kanssa kehittämämme menetelmä tukee hallituksia ja asiantuntijoita arvioimaan uuden kiertotalouden vaikutuksia ilmastonmuutoksen torjuntaan millä tahansa talouden alalla. Tutkimuksen tekijät rohkaisevat Euroopan ympäristövirastoa ja Euroopan komissiota käyttämään tätä menetelmää muilla aloilla, jotta voidaan paremmin ymmärtää kiertotalouden mahdollisuudet lieventää ilmastonmuutosta.

Menetelmä edellyttää elinkaarianalyysidatan tuottamista tai keräämistä, jotta kiertotaloutta voidaan verrata tavanomaisiin tuotteisiin ja prosesseihin. Näin voidaan laskea ilmastovaikutus tietyn kiertotalouden menetelmän osalta. Elinkaarianalyysi kohdistuu yksittäiseen tuotteeseen tai prosessiin (mikrotaso). Siksi tätä dataa tulee käyttää panoksena makrotason materiaalivirtojen analysointiin, ja yhdistellä sitä realistiseen käsitykseen markkinadynamiikasta. Näin tuloksia voidaan laajentaa koko EU:n tai toimialan tasolle.

Tutkimusta johtivat kestävän kehityksen asiantuntijat Rambollin Johdon konsultoinnin toimialalta. Teknisen analyysin saatavilla olevasta elinkaarianalyysidatasta toimittivat asiantuntijamme Rambollin Kiinteistöt & Rakentaminen -toimialalta. Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research kehitti materiaalivirtojen mallinnuksen lähestymistavan ja laski kiertotalouden toimien kokonaisvaikutuksen EU:n tasolla. Tutkimuksen tarkastivat ja täydensivät Ecologic Instituten kiertotalouden asiantuntijat.

1. Circle Economy. (2017). POLICY LEVERS FOR A LOW-CARBON CIRCULAR ECONOMY. sivu 11.
2. Olivier, J. G. J. and PBL Netherlands Environmental Assessment Agency (2013) Trends in global CO2yyy-* vuoden 2013 päästöraportti. PBL Netherlands Environmental Assessment Agency.
3. Stockholm Environment Institute (2018) Low-emission steel production: decarbonising heavy industry.
4. World Steel Association. (2019). WORLD STEEL IN FIGURES 2019.
5. Moynihan, M. C. and Allwood, J. M. (2014) ‘Utilization of structural steel in buildings.’, Proceedings. Mathematical, physical, and engineering sciences. The Royal Society, 470(2168), p. 20140170. doi: 10.1098/rspa.2014.0170. Dunant, C. F. et al. (2018) ‘Regularity and optimisation practice in steel structural frames in real design cases’, Resources, Conservation and Recycling. Elsevier, 134, pp. 294–302. doi: 10.1016/J.RESCONREC.2018.01.009.
6. Günther, J., Lehmann, H., Nuss, P., Purr, K. (2019). Resource-Eficient Pathways towards Greenhouse-GasNeutrality – RESCUE. Umwelbundesamt.
7. According to the European Commission’s 2016 impact assessment for the Directive on the Energy Performance of Buildings. Viitattu sivusto: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/1_en_impact_assessment_part1_v3.pdf.
8. Katso World Green Building Councilin raportti Bringing Embodied Carbon Upfront , jota Ramboll oli laatimassa ja lue siihen liittyvä artikkeli tästä.