Hvordan vi kan spare ett million tonn CO2

Byggebransjen har gjort viktige framskritt ved at man har klart å redusere karbonutslippene fra driften. Vi må nå se på de utfordringene vi har med å redusere innebygd karbon i bygninger. Klarer vi å tenke nytt og annerledes på noen av de mest karbonintensive elementene i bygg, kan vi klare å fjerne så mye som ett tonn CO2 årlig fra Storbritannias byggenæring. Det tilsvarer CO2-opptaket til så mye som 40 millioner trær.

Begrepet «innebygd karbon» blir brukt for å beskrive det globale oppvarmingspotensialet (GWP), målt i ekvivalente karbonutslipp (CO2e) fra alle materialene og konstruksjonsprosessene som er brukt i byggematerialene i et prosjekt.

En livsløpsanalyse («life cycle assessment» eller LCA) ser både på innebygde «forhåndsutslipp» av karbon fra de materialene og komponentene som er brukt i konstruksjonen av det ferdigstilte bygget, men også på karbonutslipp som skjer etter at bygget er ferdig: Gjennom drift, vedlikehold, rehabilitering og riving. Livløpsanalyser er viktige for å finne helhetlige løsninger for bygg. De viktigste utslippene i bygg er vanligvis de innebygde «forhåndsutslippene» av karbon.

I en vanlig bygning finnes som regel hoveddelen av «forhåndsutslippene» av karbon i selve bygningsstrukturen. De står vanligvis for rundt 50 til 70 prosent av de totale utslippene.

Selv om det er gjort store framskritt innen konstruksjonsteknologi, så blir fremdeles nesten alle bygninger bygget av betong eller stål. Murstein og tre blir i mindre grad brukt. Det er vanskelig å finne en bygning hvor det ikke er brukt betong, i det minste i fundamentene.

Betong er det mest brukte bygningsmaterialet i verden. I Storbritannia bruker vi nesten 36 millioner tonn betong i bygningsstrukturer hvert år (1). Dette er det samme som 4,5 millioner tonn CO2e, rundt én prosent av Storbritannias totale karbonutslipp (2).

Når vi bruker betong i bygningsstrukturer, er det store muligheter for å redusere innebygd karbon. I Rambøll har vi satt opp en framgangsmåte i tre trinn eller faser for å redusere karbonutslipp fra bygninger i Storbritannia:

1. Utfordre oppdraget: Dette grepet handler om å teste kravene til bygningsstrukturen, og undersøke om det er mulig å redusere materialbruken. I betongstrukturer kan dette gjøre en stor forskjell. Man finner kanskje et mer effektivt armeringsnett, eller klarer å redusere vekten eller måten fasaden er støttet opp på. For eksempel så kan man redusere utslippene av CO2e med 15 prosent pr. kvadratmeter betongplate hvis man bruker et armeringsnett på åtte ganger åtte meter i stedet for et på ni ganger ni meter.
2. Utfordre designet: Når vi er sikre på at tilbudet vårt oppfyller kundens behov uten unødvendig bruk av karbon, må vi se på designet. Er det mulig å gjøre forbedringer eller tilpasninger her? Hvis vi forbedrer analysen, er mer omhyggelige i bruken av eksisterende regler og øker bruksgraden, kan vi redusere utslippene ytterligere. Bare ved å følge reglene strengt, kan man kutte utslippene i designprosessen med fem til ti prosent.
3. Kutte i karbonet: Til slutt sørger vi for å optimalisere materialspesifikasjonene, slik at de både innfrir de tekniske kravene og reduserer utslippene av karbon. Når det gjelder betong, så betyr dette at man må se på strukturen i bygget for å finne muligheter for utslippskutt i enkelte elementer eller i betongblandingen.

Skal man klare å kutte karbonutslippene fra betong, må man ha en svært god kjennskap til materialet, vite hva det er laget av og hvordan vi kan videreutvikle og blande det for å få mindre utslipp. Våre anslag viser at byggenæringen i Storbritannia kan redusere utslippene med ett million tonn CO2e bare ved å bruke vår framgangsmåte.

Sement er viktig når vi snakker om utslippskutt i byggenæringen. Sement er den aktive ingrediensen i betong. Den utgjør bare rundt 12 prosent av vekten, men står for hele 85 prosent av det innebygde karbonet.

Ingeniører ser i hovedsak på styrke og holdbarhet når de setter opp mengden sement i betong. Vanligvis setter ingeniøren opp et minimumsinnhold sement, og lar entreprenøren og leverandørene bestemme den endelige blandingen. En entreprenør må levere betong som oppfyller ingeniørenes krav, men entreprenørene er også opptatt av de «friske» egenskapene til betongen. Det betyr at de også er opptatt av styrkeutviklingen og konsistensen til betongen. Disse to faktorene kan øke sementinnholdet betraktelig – mer enn det som trengs for at betongen skal ha den styrken den trenger. På grunn av dette kan sementinnholdet være så mye som 50 prosent høyere enn det ingeniørene krever.

Det er mange forskjellige typer og blandinger av sement. Den vanligste sementen kalles Portlandsement, eller CEMI. Den lages ved å knuse kalkstein og leire, varme det opp til 1450 grader og male det til et fint pulver. Prosessen endrer den kjemiske strukturen i kalksteinen, og skaper et reaktivt materiale som når det blandes med vann, blir til en sterk og stabil materie som låser sammen aggregatene til betong. Denne prosessen er veldig karbonintensiv. For hvert tonn Portlandsement dannes det rundt 860 kilo eCO2 (3).

Det er imidlertid sjelden man bruker ren CEMI-betong. Den blandes vanligvis med andre sementbaserte materialer (SCM), som ofte er avfallsprodukter fra annen industri. Disse sementbaserte materialene har forskjellige grader av reaktivitet, og endrer betongens «friske» og bestandige egenskaper. SCM-materialene er mye mindre karbonintensive enn Portlandsement, og er derfor gode alternativer som gjør det lett å redusere karbonet i sementen.

Med dagens tekniske forskrifter kan opp til 80 prosent av Portlandsementen erstattes av SCM-materialer. Men det er ikke alltid det passer å gjøre det. De to vanligste SCM-materialene er slaggsand (GGBS) og flygeaske (FA), som er produsert av masovner av stål og kullfyrte stasjoner. Potensialet disse SCM-materialene har til utslipp er derfor begrenset, fordi vi også må se på karbonforbruket i de industriene hvor de blir framstilt. Det er i tillegg ikke nok GGBS og FA til å dekke behovet på verdensbasis, og bransjen må derfor raskt finne alternative SCM-materialer.

Det framstilles også nye sementtyper, hvor man bruker forskjellige materialer og prosesser. Her reagerer materialet annerledes når det fungerer som et bindemiddel. Det finnes også sementtyper som bruker karbondioksid som reaktivt stoff, og som låser inn karbonet når det herdes.

Disse nye alternativene virker lovende, men det er mye som gjenstår før de kan selges kommersielt og brukes i høy skala. Det er likevel viktig at vi støtter disse nye teknologiene, ved å sørge for at det gis muligheter for bruk med lav risiko. Slik kan vi få kunnskap og erfaringer om bruken av nye materialer.

Når forskningsinstituttet UCL Institute of Neurology and Dementia Research står ferdig i 2024, vil det være et institutt i verdensklasse. Bygningen er 17 000 kvadratmeter stor og ligger i London sentrum. Den vil huse banebrytende forskning og vil ha bildebehandlingsfasiliteter i verdensklasse. Rambøll har designet en betongramme som støpes på stedet. Dermed kan den gi den vibrasjonsytelsen og fleksibiliteten som trengs for å innfri forskningsinstituttets krav. Ved å bruke tretrinnsmetoden og jobbe tett med entreprenøren og underentreprenørene, har Rambøll gjort flere grep som vil redusere karbonintensiteten i betongrammen – sammenlignet med typiske tall fra industrien.

• Bruk en buet underside som del av hovedkontorområdet. Dette holder betongen sammenpresset, og man bruker da mindre betong og stål enn om man skulle bruke flate plater.
• Bruk løsninger for etterspenning der det passer.
• La betongen forsterkes eller herde seg saktere i understrukturene. Slik reduseres behovet for sement.
• Bruk mye sementerstatning, spesielt i fundamentene, som står for 25 prosent av betongen.
• Samarbeid med entreprenøren og leverandørene allerede fra en tidlig fase, for å begrense bruken av sement.
• Undersøk mulighetene for å teste sementerstatninger som ikke vanligvis brukes i platekonstruksjoner.
• Vi undersøker også om det går an å bruke nye sementtyper i uteområder som ikke er kritiske – som under belegning og på uteplasser med hardt underlag.

Disse tiltakene vil føre til en gjennomsnittlig karbonintensitet på 97 kilo eCO2/t. Det er en reduksjon på 23 prosent sammenlignet med vanlig betong. Sammenlagt vil tiltakene redusere utslippene med 490 tonn karbon. Det er det samme som å fjerne 400 biler fra veiene i et år.

Dette prosjektet viser at man ved å bruke en systematisk tilnærmingsmåte, kan klare å oppnå vesentlige reduksjoner i utslippene av innebygd karbon i betongstrukturer. Hvis vi får redusert den gjennomsnittlige karbonintensiteten tilsvarende i britiske bygg, anslår vi at vi kan redusere karbonutslippene med mer enn ett million tonn årlig.

Vi har allerede tilgjengelig teknologi og ekspertise for å klare å oppnå vesentlige reduksjoner av innebygd karbon i betongstrukturer. Det som trengs systematisk arbeid for å finne ut hvor man kan kutte utslipp, og tett samarbeid for å kutte så mye som mulig av utslippene.

Disse tiltakene vil ikke alene føre til at vi klarer å nå netto null-utslipp, men de vil bidra til vesentlige kutt. Ikke minst vil de føre til at vi kan finne flere nye tiltak og utvikle ny teknologi på området.

1. Betongvolumet er regnet ut på basis av sementestimater i Shanks et al, med bruk av et sementinnhold på 12 prosent.
2. Her er det antatt 126 kg eCO2/tonn. Co2-data for 2018 fra britiske myndigheter.
3. Anslagene er basert på betongspesifikasjoner og samtaler med underleverandører. De omfatter ikke forsterkning.