Duurzaam construeren met materialen
Over de CO2 emissie van beton, staal en hout
Auteur: em.prof.ir. Frans van Herwijnen
Redactie: Commissie Vakmanschap
VNconstructeurs
Duurzaam construeren met materialen
2013
Inhoudsopgave
Inleiding ................................................................................................................... 3
1. Materiaal-gebonden milieubelasting van constructiematerialen ................................... 5
2. CO2 emissie van hoofddraagconstructies ................................................................. 9
2.1. Inleiding ....................................................................................................... 9
2.2. Waarom aandacht voor reductie van de CO2 emissie? .......................................... 9
2.3. Wat verstaan we onder de CO2 emissie? .......................................................... 12
2.4. Rekenvoorbeeld latei in metselwerkwand ......................................................... 14
2.5. Rekenvoorbeeld hoofddraagconstructie bedrijfshal ............................................ 14
2.6. Nationale Databanken met EC-waarden ........................................................... 16
2.7. Internationale databanken............................................................................. 18
2.8. Kritische beoordeling van milieudata ............................................................... 20
3. Berekening van de CO2 emissie van gebouwconstructies ......................................... 25
4. Beton ............................................................................................................... 29
4.1. CO2 emissie winning & transport grondstoffen .................................................. 29
4.2. Productie van beton...................................................................................... 35
4.3. CO2 emissie van een m3 prefab beton ............................................................. 36
4.4. CO2 emissie van een m3 ter plaatse gestort beton ............................................. 38
4.5. MRPI blad voor betonmortel .......................................................................... 39
4.6. Levert de carbonatatie van beton nog een positieve bijdrage? ............................ 40
4.7. Levert betongranulaat nog een positieve bijdrage? ............................................ 40
4.8. Levert een zeer hoge betonsterkte (ZHSB en UHSB) nog een positieve bijdrage?... 41
4.9. Levert een holle vloer nog een positieve bijdrage? ............................................ 43
4.10.
Kan de kringloop van beton gesloten worden? ............................................... 44
4.11.
Milieuvriendelijke cementen ........................................................................ 45
4.12.
Reductie van de CO2 uitstoot van betonconstructies ....................................... 47
4.13.
Informatie................................................................................................ 56
5. Staal ................................................................................................................ 57
5.1. CO2 emissie van constructiestaal .................................................................... 58
5.2. CO2 emissie van bijzondere staalsoorten.......................................................... 61
5.3. CO2 emissie van conserveerlagen ................................................................... 61
5.4. CO2 emissie van brandwerende bekleding ........................................................ 62
5.5. Beperking van de milieubelasting van staalconstructies ..................................... 63
5.6. Technische Commissie Duurzaamheid (TC1) .................................................... 64
5.7. Informatie................................................................................................... 66
6. Hout ................................................................................................................ 67
6.1. De belangrijkste mogelijkheden om de CO2 reductie van hout te gebruiken: ......... 70
6.2. Informatie................................................................................................... 73
Duurzaam construeren met materialen
2013
2
Inleiding
Duurzaamheid vormt, naast maakbaarheid en haalbaarheid, nu en in de toekomst het
belangrijkste criterium waarop een constructief ontwerp beoordeeld moet worden.
De afgelopen jaren lag de focus bij duurzaam ontwerpen vooral op beperking van het
energieverbruik, het zoveel mogelijk gebruikmaken van duurzaam opgewekte energie en het
zo efficiënt mogelijk gebruik van fossiele brandstoffen voor de resterende energiebehoefte
(de zogenaamde ‘trias energetica’).
Naarmate gebouwen steeds meer energieneutraal worden, wordt de materiaal-gebonden
milieubelasting in relatieve zin steeds belangrijker. Dit was voor de commissie Vakmanschap
van VNconstructeurs de reden om voor 2013 ‘duurzaam construeren met materialen’ als
jaarthema te kiezen. Doelstelling hierbij was om de huidige kennis op dit gebied te
inventariseren, toegankelijk te maken voor de constructief ontwerper, en aanbevelingen te
doen op welke wijze de milieubelasting van constructies in staal en beton gereduceerd kan
worden. De resultaten van deze inventarisatie vindt u in het voorliggende rapport.
Milieubelasting
Om de materiaal-gebonden milieubelasting van een draagconstructie van een gebouw in één
getal te kunnen uitdrukken, berekenen we de totale milieukosten die horen bij de toegepaste
constructiematerialen en de daarbij behorende hoeveelheden. Daarbij worden volgens de in
hoofdstuk 1 beschreven methodiek maar liefst 11 milieueffecten meegenomen. Door de
milieubelasting uit te drukken in één getal wordt niet duidelijk welke oorzaken bepalend zijn
voor de hoogte van de milieubelasting, en hoe de constructief ontwerper hierop kan sturen.
Bij de meest toegepaste constructiematerialen (beton en staal) geldt echter dat de CO2
emissie de grootste bijdrage levert aan de milieubelasting. Daarom wordt in dit rapport
vooral aandacht gegeven aan de CO2 emissie van de constructiematerialen staal, beton en
hout.
CO2 emissie
In hoofdstuk 2 wordt allereerst stilgestaan bij het belang van beperking van de CO2 emissie
voor het klimaat op aarde. Vervolgens laten we zien dat de CO2 emissie betrekking heeft op
alle levensfasen van een bouwmateriaal, -product of –component. Onderlinge vergelijking
van CO2 emissies is alleen relevant wanneer daarbij dezelfde levensfasen in beschouwing
worden genomen en wanneer dit betrekking heeft op vergelijkbare functionele eenheden.
Databanken en rekentools
De waarden voor de CO2 emissies zijn vastgelegd in databanken, die nader worden
beschreven. Bijzondere aandacht wordt gegeven aan het kritisch beoordelen van al deze
databanken, waarbij het beschouwen van de achtergronden en gehanteerde uitgangspunten
cruciaal is voor een goede beoordeling. In hoofdstuk 3 wordt hier verder op ingegaan,
gerelateerd aan gebouwconstructies en beschikbare rekentools worden beschreven.
Materialen
In de volgende drie hoofdstukken (4, 5 en 6) wordt per constructiemateriaal de
achtergronden bij de bepaling van de CO2 emissies gegeven, zodat de constructief ontwerper
de waarden die in diverse publicaties worden gegeven op de juiste wijze kan beoordelen.
Duurzaam construeren met materialen
2013
3
Aanbevelingen
Elk hoofdstuk wordt afgesloten met aanbevelingen om te komen tot beperking van de CO2
emissie bij toepassing van het betreffende constructiemateriaal, en relevante literatuur
waarin meer te lezen valt over het onderwerp.
Duurzaam construeren met materialen
2013
4
1.
Materiaal-gebonden milieubelasting van
constructiematerialen
Naarmate gebouwen steeds meer energieneutraal worden, wordt de materiaal-gebonden
milieubelasting 1in relatieve zin steeds belangrijker. Om de materiaal-gebonden milieubelasting te kunnen vaststellen wordt gebruik gemaakt van de LCA: LevensCyclusAnalyse.
Daarbij worden voor alle levensfasen van een materiaal (van grondstofwinning, productie,
gebruik, sloop/demontage, recycling/hergebruik tot finale afvalverwerking) de milieueffecten
vastgesteld. Deze milieueffecten hebben betrekking op emissies (uitstoot van voor mens en
milieu schadelijke stoffen), uitputting van grondstoffen en energiedragers, en landgebruik.
In onderstaande tabel zijn de milieueffectcategorieën opgenomen die volgens de
Bepalingsmethode Milieuprestatie van Gebouwen en GWW-werken in beschouwing moeten
worden genomen 2:
Milieueffectcategorie
Broeikas effect
Ozonlaag aantasting
Humane toxiciteit
Zoetwater aquatische
toxiciteit
Mariene aquatische
toxiciteit
Terrestrische toxiciteit
Fotochemische
oxydantvorming
(smog)
Verzuring
Eutrofiëring
(vermesting)
(Equivalent)Eenheid
kg
kg
kg
kg
CO2 eq.
CFK-11 eq.
1,4-DCB 3 eq.
1,4-DCB eq.
Milieukosten (€ per
kg equivalent)
€ 0,05
€ 30,00
€ 0,09
€ 0,03
kg 1,4-DCB eq.
€ 0,0001
kg 1,4-DCB eq.
kg C2H4 eq.
€ 0,06
€ 2,00
kg SO2 eq.
kg PO4 eq.
€ 4,00
€ 9,00
Uitputting biotische
grondstoffen
Uitputting abiotische
grondstoffen
Uitputting fossiele
energiedragers
mbp 4
Niet beschikbaar 5
kg antimoon (Sb eq.)
€ 0,16
kg antimoon (Sb eq.)
€ 0,16
Landgebruik 6
PDF*m2*jaar
Niet beschikbaar 7
Tabel 1: overzicht milieueffectcategorieën met bijbehorende milieukosten
(bron: Bepalingsmethode Milieuprestatie Gebouwen en GWW-werken)
1
2
Verderop laten we zien dat een goede vergelijking gemaakt wordt o.b.v. de milieukosten per functionele eenheid.
Bron: Bepalingsmethode Milieuprestatie Gebouwen en GWW-werken d.d. 01-11-2011.
DCB = dichloorbenzeen
4
mbp = milieubelastingpunten
5
In de Bepalingsmethode 2011 hoeven, analoog aan NEN 8006, nog geen gegevens te worden meegenomen over
biotische uitputting
6
PDF = Potential Depletion Factor
7
In de Bepalingsmethode 2011 hoeven, analoog aan NEN 8006, nog geen gegevens te worden meegenomen over
effecten van landgebruik
3
Duurzaam construeren met materialen
2013
5
Voor elk milieueffect zijn milieukosten, ook wel ‘schaduwkosten’ genoemd, bepaald per
eenheid. Deze milieukosten geven een indicatie van de maatschappelijke kosten voor het
bestrijden van de gevolgen (emissie en uitputting) van een milieueffect.
Om de materiaal-gebonden milieubelasting van een draagconstructie van een gebouw in één
getal te kunnen uitdrukken, berekenen we de totale milieukosten die horen bij de toegepaste
constructiematerialen en de daarbij behorende hoeveelheden.
De milieukosten moeten worden vastgesteld conform de door het Bouwbesluit 2012
aangewezen "Bepalingsmethode Milieuprestatie Gebouwen en GWW-werken”, inclusief de
daarin opgenomen geharmoniseerde Nationale Milieudatabase. In deze database zijn voor de
meest toegepaste bouwmaterialen hun zogenaamde milieuprofielen opgenomen: de
materiaal-specifieke waarden voor de in tabel 1 genoemde milieueffecten.
Per constructie-onderdeel wordt het milieuprofiel (met de in equivalenten uitgedrukte
milieueffecten) vermenigvuldigd met de milieukosten getallen per milieueffect (volgens tabel
1) en daarna vermenigvuldigd met de massa van het constructie-onderdeel. Door het
sommeren van alle milieukosten ontstaat een totaal milieukosten plaatje, met een gewogen
score in één getal.
In formulevorm:
Totale milieukosten = Σ {massa x Σ (milieukosten milieueffect x milieuprofiel)}
Bekijken we de milieukosten van de meest voorkomende ‘constructiematerialen’ staal en
beton(mortel), dan zien we dat het broeikaseffect de grootste bijdrage levert in de
milieubelasting van deze materialen. Bij constructiestaal bepaalt het broeikaseffect ten
gevolge van de emissie van CO2 voor 67% (59% bij beschouwing van de volledige
levensloop) de milieukosten, en bij betonmortel voor 56% (zie tabel 2 en 3). Op de tweede
plaats komt de verzuring ten gevolge van de emissie van SO2. Dit zwaveldioxide komt
hoofdzakelijk vrij bij de verbranding van kolen en olie, en is daarmee voor een belangrijk deel
gerelateerd aan de emissie van CO2.
In de tabellen 2 en 3 zijn de bijdragen van het broeikaseffect en de verzuring met grijs
gemarkeerd.
Duurzaam construeren met materialen
2013
6
Milieueffectcategorie
Broeikas effect
Ozonlaag aantasting
Humane toxiciteit
Zoetwater aquatische
toxiciteit
Mariene aquatische
toxiciteit
Terrestrische toxiciteit
Fotochemische
oxydantvorming
Verzuring
Eutrofiëring
(vermesting)
Uitputting abiotische
grondstoffen
Uitputting fossiele
energiedragers
Totaal
Milieukosten (€ per
kg equivalent)
€ 0,05
€ 30,00
€ 0,09
€ 0,03
Milieuprofiel kg per
ton 8
927,60 (472,90)
1,874E -5 (23,07E -6)
38,94 (40,36)
3,275 (2,038)
Milieukosten per ton
€
€
€
€
€ 0,0001
7323 (8322)
€ 0,73
(0,832)
€ 0,06
€ 2,00
0,513 (0,4473)
0,347 (0,1993)
€ 0,031
€ 0,694
(0,027)
(0,399)
€ 4,00
€ 9,00
3,483 (2,298)
0,397 (0,3186)
€ 13,932 (9,192)
€ 3,573 (2,867)
€ 0,16
- 7,86 E -5 (24,2 E-6)
- € 0,00
(0,000)
€ 0,16
5,355 (3,005)
€ 0,857
(0,481)
46,38
0,001
3,505
0,098
€ 69,80
(23,65)
(0,000)
(3,632)
(0,061)
(€ 41,14)
Tabel 2: Overzicht milieukosten per milieueffect voor 1 ton constructiestaal (bron: MRPI)
Milieueffectcategorie
Broeikas effect
Ozonlaag aantasting
Humane toxiciteit
Zoetwater Aquatische
toxiciteit
Mariene Aquatische
toxiciteit
Terrestrische toxiciteit
Fotochemische
oxidantvorming
Verzuring
Eutrofiëring
(vermesting)
Uitputting abiotische
grondstoffen
Uitputting fossiele
energiedragers
Totaal
Milieukosten (€ per
kg equivalent)
€ 0,05
€ 30,00
€ 0,09
€ 0,03
Milieuprofiel kg per
kubieke meter 9
131,0
5,91 E -6
21,7
0,469
Milieukosten per
kubieke meter
6,55
0,0001773
1,953
0,014
€
€
€
€
€ 0,0001
4680
€ 0,468
€ 0,06
€ 2,00
0,206
0,0521
€ 0,012
€ 0,104
€ 4,00
€ 9,00
0,566
0,080
€ 2,264
€ 0,72
€ 0,16
2,58 E -4
€ 0,00004128
€ 0,16
0,501
€ 0,08
€ 12,17
Tabel 3: overzicht milieukosten per milieueffect voor 1 m3 betonmortel C 30/37 XC1 S3(bron: MRPI)
Bij beton geldt dat cement de grootste invloed heeft op vrijwel alle milieueffecten.
8
Hierbij zijn alleen de fasen productie en transport naar de bouwplaats meegenomen. De waarden tussen haakjes
gelden voor de fasen productie t/m recycling.
9
Hierbij is alleen de fase productie van betonmortel vanuit de grondstoffen meegenomen.
Duurzaam construeren met materialen
2013
7
In plaats van alle milieueffecten in beschouwing te nemen, zoals gebeurd bij een full-scale
LCA, kunnen we ook versmallen naar een enkele milieu-indicator.
Voor een eerste indicatie van de milieubelasting van constructiematerialen moeten we ons
dan vooral richten op de CO2 emissie 10. Hiermee wordt een onderlinge vergelijking van
alternatieve constructieontwerpen met verschillende materialen en hoeveelheden in de
Voorontwerp fase een stuk eenvoudiger.
Bij een beoordeling op basis van de CO2 emissie moeten we ons wel bewust zijn van het feit
dat andere thema’s, waaronder beschikbaarheid van grondstoffen, daarbij onderbelicht
blijven.
10
In dit document spreken we verder over CO2 emissie waar het gaat om de milieu-effectcategorie Broeikaseffect
ofwel kg CO2 equivalent.
Duurzaam construeren met materialen
2013
8
2.
CO2 emissie van hoofddraagconstructies
2.1.
Inleiding
De bijdrage in het totale energieverbruik in Nederland door de gebouwde omgeving bedraagt
ca. 35%. Dit veroorzaakt ca. 30% van de nationale CO2 (koolstofdioxide) emissie. We zijn
ons hiervan de laatste decennia steeds meer bewust geworden. Beperking van de CO2
emissie is gewenst, om de gevolgen voor ons klimaat te kunnen beperken. De strategie
hierbij is beperking van het energieverbruik (voor het verwarmen en koelen van gebouwen)
en beperking van de materiaal-gebonden CO2 emissie van gebouwen. Met bestaande
technologieën en slimme strategieën is de door Europese regelgeving vereiste
energieneutraliteit van nieuwbouw vanaf 2020 nu al binnen handbereik. Het is daarom van
belang om de focus te gaan verleggen naar de materiaal-gebonden CO2 emissie van
gebouwen. Aangezien de hoofddraagconstructie van een gebouw voor ca. 60% het totale
materiaalgebruik bepaalt, moet de focus bij de reductie van het materiaalgebruik en de
bijbehorende CO2 emissie 11 vooral liggen op de hoofddraagconstructie.
2.2.
Waarom aandacht voor reductie van de CO2 emissie?
Door het ‘broeikaseffect’ wordt de atmosfeer opgewarmd. De kortgolvige UV-straling van de
zon bereikt de Aarde door de dampkring en verwarmt haar oppervlak. Het aardoppervlak
zendt de geabsorbeerde straling terug in de vorm van langgolvige infrarode straling. Deze is
minder sterk dan de invallende straling en kan niet door de barrière heendringen van
atmosferische gassen, die bekend staan als broeikasgassen. Door dit natuurlijke
‘broeikaseffect’ blijft de gemiddelde temperatuur op aarde vrij constant 12.
We zien echter dat de gemiddelde temperatuur op aarde sinds het begin van de 20ste eeuw
met ongeveer 0,75 °C is gestegen (zie grafiek 2.1). In Nederland verliep de opwarming sinds
1950 zelfs tweemaal zo snel. Volgens het IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change)
is het zeer waarschijnlijk dat deze temperatuurstijging (global warming) een gevolg is van de
klimaatverandering (climate change) veroorzaakt door menselijke activiteiten. Door de
verbranding van fossiele brandstoffen, ontbossing en bepaalde industriële en agrarische
activiteiten stijgt de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer. Modelberekeningen
geven aan dat de temperatuur met 1,1 tot 6,4 °C zal stijgen tussen 1990 en 2100, bij
gelijkblijvende uitstoot van broeikasgassen. Temperatuurstijgingen van 2 °C brengen al grote
veranderingen met zich mee voor mens en milieu, door zeespiegelstijgingen 13, toename van
droogte- en hitteperioden, extreme neerslag en andere effecten.
11
Dit betekent overigens niet dat de CO2 emissie eveneens 60% bedraagt; uit berekeningen blijkt dat deze meer in
de orde van grootte van 50% ligt.
12
13
Zonder het natuurlijke ‘broeikaseffect’ zou de gemiddelde temperatuur op aarde dalen van 15°C naar -18°C.
Deskundigen wijzen ook op het optreden van maaivelddalingen door winning van gassen en aardolie resp. door
samendrukbare lagen in de ondergrond , waardoor een relatieve stijging van de zeespiegel optreedt.
Duurzaam construeren met materialen
2013
9
Figuur 2.1 : Mondiale temperatuurstijging in de afgelopen eeuw (ontleend aan www. Natuurkalender.nl)
Figuur 2.2 : relatie tussen gemiddelde temperatuur op aarde en de concentratie van CO2 in de atmosfeer
over de periode 1880 tot 2000 (ontleend aan http://zfacts.com)
De subtiele balans tussen biosfeer (leven), hydrosfeer (water), geosfeer (gesteenten) en
atmosfeer (lucht), beschreven in het symbiotische wereldbeeld, dreigt als gevolg van
menselijke activiteiten te worden verstoord. Maar ook de cyclus van fotosynthese en
biologische verbranding, waarbij water en koolstofdioxide onder invloed van zonlicht worden
omgezet in zuurstof en biomassa, en daarna door biologische verbranding weer worden
omgezet in water en koolstofdioxide, wordt verstoord.
Om de global warming een halt toe te roepen moet de uitstoot van broeikasgassen sterk
worden teruggebracht.
In 1997 werd door 174 landen het Kyoto-Protocol gesloten, dat na ratificatie door alle
deelnemende landen op 16 februari 2005 in werking is getreden.
Met dit verdrag zijn industrielanden overeengekomen om de uitstoot van broeikasgassen o.a. koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4), lachgas (N2O) en een aantal fluorverbindingen
(CFK’s, PFK's en zwavelhexafluoride (SF6)) - in de periode van 2008 tot 2012 met gemiddeld
5,2% te verminderen ten opzichte van het niveau in 1990. Nederland moet zelfs 6% minder
uitstoten.
Duurzaam construeren met materialen
2013
10
Daarnaast heeft Nederland zich gecommitteerd aan de 20-20-20-doelstellingen voor het jaar
2020: 20% duurzaam opgewekte energie, 20% CO2-vermindering ten opzichte van het
referentiejaar 1990 en 20% energiebesparing om weer op het niveau van de
energieconsumptie van 1990 te komen.
De energiesector, industrie & bouw en transportsector zijn de drie sectoren die de grootste
bijdrage leveren aan de CO2 emissie in Nederland, direct gevolgd door de particuliere
huishoudens (zie tabel 2.1). Over de afgelopen twee decennia zien we een absolute stijging
van de totale CO2 emissie in Nederland. Pas in 2011 zien we voor het eerst een daling van de
CO2 emissie optreden. Om tot de 20-20-20-doelstellingen te komen moet er echter nog een
lange weg worden afgelegd.
De bouw moet daarin een belangrijke bijdrage leveren, aangezien uit onderzoek blijkt dat
naar schatting 30% van de totale CO2 emissie in Nederland gerelateerd is aan het
bouwproces (nieuwbouw, renovatie en onderhoud) en het gebruik van gebouwen en
woningen. Van de totale milieubelasting over de levensduur van gebouwen is het
energieverbruik momenteel nog verreweg dominant met een aandeel van 75 tot 85%,
tegenover het materiaalaandeel van 15 tot 25%. Zodra we geen of nauwelijks nog
milieubelasting voor energie hoeven te rekenen omdat we energie-neutrale gebouwen
maken, wordt het materiaal aandeel in relatieve zin dominant.
Dit vormt de belangrijkste reden om tot een verdere reductie van de materiaal-gebonden
CO2-emissie in de bouw te komen. Hierbij moeten we ons niet alleen richten op het
productieproces van bouwmaterialen, maar ook op het transport van bouwmaterialen, producten en –componenten naar de bouwplaats, de montage op de bouwplaats, het
onderhoud gedurende de gebruiksduur en het ‘afdanken’ aan het einde van de functionele
levensduur.
Constructie adviseurs bepalen bij het ontwerpen van constructies voor een belangrijk deel het
materiaalgebruik van een gebouw, en de wijze waarop de draagconstructie in de bouwfase
geproduceerd, getransporteerd, gebouwd c.q. gemonteerd, in de gebruiksfase onderhouden
en aan het eind van de functionele levensduur weer gesloopt en gerecycled c.q.
gedemonteerd en hergebruikt kan worden.
Daarom is het noodzakelijk dat constructie adviseurs bij het ontwerpen van constructies
rekening houden met de milieu invloeden daarvan, in het bijzonder de beperking van de
uitstoot van broeikasgassen 14 gedurende de hele levensduur van een constructie. Om dit te
bereiken is praktische informatie noodzakelijk over de totale emissie van CO2 (embodied
carbon of Global Warming Potential - GWP) die betrekking heeft op de totstandkoming, het
gebruik en het ‘afdanken’ van (hoofddraagconstructies van) gebouwen.
14
Om de invloed van de verschillende broeikasgassen te kunnen optellen, worden de emissiecijfers omgerekend
naar zogeheten CO2-equivalenten. Eén CO2-equivalent staat gelijk aan het effect dat de uitstoot van 1 kg CO2 heeft.
De uitstoot van 1 kg stikstofdioxide (N2O) staat gelijk aan 310 CO2-equivalenten en de uitstoot van 1 kg methaan
(CH4) aan 21 CO2-equivalenten.
De fluor(chloor)gassen hebben elk een hoge CO2-equivalent, maar omdat de uitgeworpen hoeveelheden relatief klein
zijn, is hun bijdrage aan het landelijk totaal gering.
Duurzaam construeren met materialen
2013
11
Energie
Industrie +bouw
Particuliere huishoudens
Stationaire bronnen
Mobiele bronnen
Totaal
1990
52,7
39,8
19,7
16,6
30,4
159,2
2000
62,2
33,3
19,4
18,0
37,0
169,9
2005
66,3
33,3
18,3
19,3
38,7
175,9
2010
64,7
33,1
21,0
24,5
38,1
181,4
2011
60,3
31,4
17,1
20,5
38,2
167,5
Tabel 2.1 : Emissie van CO2 in Mton per jaar voor Nederland, berekend volgens de IPCC- voorschriften
(bron: CBS, 1 maart 2013)
Figuur 2.3 : Uitstoot van koolstofdioxide en overige broeikasgassen in Nederland over de periode 1990 –
2010 (Bron: CBS)
2.3.
Wat verstaan we onder de CO2 emissie? 15
Met betrekking tot de hoofddraagconstructie verstaan we onder de totale CO2 emissie
(embodied carbon) de totale hoeveelheid koolstofdioxide die vrijkomt bij de totstandkoming
van de hoofddraagconstructie. Hierbij beschouwen we niet alleen de hoeveelheid
koolstofdioxide die vrijkomt bij de winning van materialen en de productie van halffabricaten,
maar ook de emissie van koolstofdioxide bij de productie van bouwmaterialen, -producten en
–componenten, het transport daarvan naar de bouwplaats, en de montage op de bouwplaats.
Natuurlijk moeten we ook de hoeveelheid koolstofdioxide meenemen die vrijkomt bij
onderhoud, reparaties, renovaties en vervanging van bouwdelen tijdens de gebruiksfase,
evenals bij sloop, demontage en recycling aan het einde van de functionele levensduur.
Echter, deze hoeveelheden zijn moeilijk exact te voorspellen, waardoor ze meestal
meegenomen worden als een percentage van de initiële hoeveelheden t/m de bouwfase 16.
Naast de totale CO2 emissie kennen we ook het begrip ‘embodied energy’: dit is de
hoeveelheid energie die verbruikt wordt bij de totstandkoming van een gebouw. In veel
gevallen is er een directe relatie tussen de emissie van CO2 en het energieverbruik,
aangezien een groot deel van de CO2 emissie van de mens wordt veroorzaakt door de
verbranding van fossiele brandstoffen. Dit is met name het geval tijdens de gebruiksfase van
een gebouw. Echter, in sommige gevallen ontstaat een significante emissie van
koolstofdioxide als gevolg van chemische reacties bij het productieproces. Het meest
15
Bron: A short guide to embodied carbon in building structures, The Institution of Structural Engineers, August
2011, page 3.
16
Voor een materiaal als staal wordt altijd de hele levenscyclus beschouwd, van de winning van ijzererts t/m de
recycling van staalschroot.
Duurzaam construeren met materialen
2013
12
duidelijke voorbeeld in de bouwsector is het productieproces van cement, waarbij
calciumcarbonaat wordt omgezet in calciumoxide, met koolstofdioxide als bijproduct. In dit
soort gevallen is de embodied carbon de som van de CO2 emissie die hoort bij de verbruikte
energie in het productieproces en de CO2 productie als gevolg van de chemische reacties
tijdens het productieproces.
Voor een basismateriaal als staal en cement kan de CO2 emissie bepaald worden door alle
relevante stappen in het productieproces te identificeren. Vervolgens kan voor elke
processtap (bijv. winning van grondstoffen, transport naar de fabriek, etc.) de milieu impact
worden vastgesteld. Uiteraard kunnen er verschillen optreden in de productieprocessen bij
verschillende fabrikanten, die tot significante variaties in de CO2 emissie zullen leiden. De
CO2 emissies zijn daarom geen exacte waarden, maar geven een indicatie met een
nauwkeurigheid van ± 20%.
Voor composietmaterialen als betonmortel geldt dat de CO2 emissie bepaald wordt door de
individuele waarden van de samenstellende componenten cement, zand, grind en water pro
rato hun mengverhoudingen te sommeren.
Voor bouwproducten als een stalen balk of een wapeningsnet moeten de procesbewerkingen
die nodig zijn om tot deze producten te komen (walsen, lassen, etc.) ook worden
meegenomen.
De levensfasen van een bouwmateriaal of -product die bij de berekening van de CO2 emissie
worden meegenomen, kunnen variëren van alleen de productiefase tot de volledige
levenscyclus.
We onderscheiden:
•
•
•
•
Cradle-to-gate: Alleen de CO2 emissie bij de winning (‘cradle’) en het
productieproces tot de fabriekspoort 17 (‘gate’) wordt hierbij in beschouwing genomen.
Cradle-to-site: Hierbij worden ook het transport naar de bouwplaats en de montage
op de bouwplaats in beschouwing genomen.
Cradle-to-grave: Hierbij wordt ook de periode tot einde functionele levensduur
(‘grave’) in beschouwing genomen.
Cradle-to-cradle: Hierbij wordt ook de recycling van een product of materiaal
meegenomen; dit wordt altijd toegepast bij consumptiegoederen als een koelkast of
een personal computer.
Winning
Productie
Transport
Montage
Cradle-to-gate
Cradle-to-site
Cradle-to-grave
Cradle-to-cradle
Sloop /
demontage
+ recycling
Tabel 2.2: Levensfasen van bouwmaterialen en –producten.
De CO2 emissie-waarden worden uitgedrukt in kg CO2 per kilogram of m3 materiaal. Bij
(constructie)materialen moeten we ons bewust zijn van het feit dat een onderlinge
vergelijking van de emissie-waarden van materialen op basis van massa (kg) of volume (m3)
aan materiaal geen inzicht geeft in de milieubelasting van de uit deze materialen
samengestelde bouwproducten of bouwelementen. Om tot een goede vergelijking te komen
17
Voor betonmortel geldt dat de ‘gate’ de uitgang van de betonmortelcentrale is.
Duurzaam construeren met materialen
2013
13
moeten we functionele eenheden van bouwproducten of -componenten vergelijken, die voor
een specifieke situatie een gelijke prestatie leveren. Alleen dan kunnen we een zinvolle
uitspraak doen over de milieubelasting van de uit verschillende materialen samengestelde
bouwproducten of -componenten, en tot een verantwoorde keuze komen.
De volgende rekenvoorbeelden illustreren dit.
2.4.
Rekenvoorbeeld latei in metselwerkwand
Vergelijken we een stalen en gewapend betonnen balk met een bepaalde overspanning en
draagcapaciteit, dan zal de stalen balk minder wegen dan de gewapend betonnen balk. De
CO2 emissie (‘cradle-to-gate’) van ter plaatse gestort ongewapend beton (met cement CEM
III/A) bedraagt 138 kg CO2/m3 (= 0,058 kg CO2/kg), van wapeningstaal 1,65 kg CO2/kg, en
van profielstaal 1,420 kg CO2/kg. De CO2 emissie-waarde van staal (in kg CO2/kg) is meer
dan 24x hoger dan van beton. Moeten we nu kiezen voor een betonnen balk, om de laagste
CO2 -emissie te krijgen? Een rekenvoorbeeld geeft het antwoord.
Stel een latei in een dragende metselwerkwand moet een opening met een dagmaat van 3
meter overspannen. De opleglengte aan weerszijden bedraagt 200 mm. De rustende
belasting t.g.v. vloer en wand bedraagt 6,0 kN/m, en de veranderlijke belasting t.g.v. de
vloer bedraagt 5,0 kN/m.
Bij een uitvoering van de latei in beton, hebben we een betonbalk (B25) nodig met een
afmeting van b x h = 200 x 300 mm2. De betonbalk wordt gewapend (FeB 500) met 2 Ø 12
(onderwapening), 2 Ø 8 (bovenwapening) en 14 beugels Ø 8. Totaal 13,4 kg wapeningstaal,
overeenkomend met 66 kg/m3 beton. De betonbalk heeft een volume van 3,4 x 0,2 x 0,3 =
0,204 m3, en weegt 0,204 x 2400 = 490 kgf. De CO2 emissie bedraagt dan: 490 x 0,058 =
28,4 kg CO2. Hier komt nog bij: 13,4 x 1,65 = 22,1 kg CO2 voor de wapening, waarmee het
totaal komt op 51 kg CO2.
Bij de uitvoering van de latei in staal hebben we een staalprofiel HE 120A (S235) nodig met
een gewicht van 3,4 x 20 = 68 kgf. De CO2 emissie bedraagt dan: 68 x 1,65 = 112 kg CO2.
Dit is 2,2x van de CO2 emissie van de betonbalk.
Wanneer de stalen balk voorzien moet worden van een brandwerende bekleding (dubbele
gipskartonplaten van elk 15 mm), dan komt daar nog bij: 1,2 m2 à 38,1 kg CO2/m2 = 46 kg
CO2 (bijna even veel als de gehele betonbalk), waarmee het totaal komt op 158 kg CO2 en
de brandwerend beklede stalen balk heeft dan een 3,1x hogere CO2 emissie dan de
betonbalk. Hierbij moet opgemerkt worden dat we de CO2 emissies ‘cradle-to-gate’
beschouwd hebben. Maken we dezelfde berekening maar dan met de CO2 emissies ‘cradle-tocradle’ dan komt de stalen balk veel gunstiger uit de vergelijking. Het rekenvoorbeeld
illustreert hoe voorzichtig we moeten zijn met het trekken van conclusies bij het onderling
vergelijken van materialen.
2.5.
Rekenvoorbeeld hoofddraagconstructie bedrijfshal
Stel we moeten een bedrijfshal ontwerpen van 15 meter breed, 60 meter lang, met een
goothoogte van 5 meter en een nokhoogte van 6 meter.
Als draagconstructie kunnen we kiezen voor (1) een stalen spant (S235 resp. S460), (2)
spanten met prefab betonnen kolommen en liggers of (3) spanten met prefab betonnen
kolommen en gelamineerde houten liggers. Zie tabel 2.3.
Welke van deze draagconstructies heeft de laagste CO2 emissie?
Door het Bauforumstahl e.V. is in augustus 2011 een studie gepubliceerd ‘Life cycle
assessment comparison of a typical single storey building’, waarin een vergelijking is
gemaakt tussen de volgende vier typen draagconstructies voor de hiervoor genoemde
bedrijfshal.
Duurzaam construeren met materialen
2013
14
Spanttypen
Tweescharnierspant met
voetscharnieren
Tweescharnierspant met
voetscharnieren
Tweescharnierspant met
ingeklemde kolomvoeten
Tweescharnierspant met
ingeklemde kolomvoeten
Materiaal spanten
Staal (S235)
Fundering
Poeren C25/30
Staal (S460)
Poeren C25/30
Kolommen: C30/37
Liggers: C30/37
Kolommen: C30/37
Liggers: BS 16 (gelamineerd)
Funderingssloof C25/30
Funderingssloof C25/30
Tabel 2.3: Vier typen draagconstructies voor een bedrijfshal (bron: Bauforumstahl)
Voor alle vier spanttypen is de CO2 emissie bepaald (‘cradle-to-gate’), en weergegeven in de
4e kolom van tabel 2.5. Hieruit blijkt dat de houtconstructie het beste scoort, gevolgd door de
prefab betonnen spanten en de stalen spanten. Het loont bij de stalen spanten om een
hogere staalsoort toe te passen: S460 in plaats van S235.
Conform EN-15798 moet ook de ‘einde levensduur’ scenario’s van de constructiematerialen
worden meegenomen. Nadat de bedrijfshal buiten gebruik is gesteld en gedemonteerd,
worden de constructiematerialen en onderdelen gescheiden in verschillende materiaalfracties
en, voor zover mogelijk, hergebruikt in nieuwe toepassingen. Verschillende scenario’s moeten
daarbij worden beschouwd. Hergebruik van materialen zonder verdere bewerkingen heeft de
eerste voorkeur, gevolgd door recycling zonder kwaliteitsverlies. Daarna volgen verbranding
(met herwinning opgeslagen energie) en als laatste optie storten als bouwafval. Elk scenario
gaat gepaard met een positieve of negatieve milieubelasting.
Voor staal wordt uitgegaan van 11% hergebruik en 88% recycling. Voor beton wordt
uitgegaan van 71% verwerking tot betonpuingranulaat en 29% stort als betonpuin. Voor hout
wordt uitgegaan van volledige verbranding in een houtoven.
De CO2 emissies voor productie en recycling zijn bepaald op grond van onderstaande tabel
2.4:
Productie
Hergebruik en
recycling
Totaal
Staal S235
en S460
1,68
-0,88
Beton
C25/30
0,10
0,02 18
Beton
C30/37
0,11
0,02
wapeningstaal
0,87
0,00
Gelamineerd
hout
-1,50
1,22 19
0,80
0,12
0,13
0,87
-0,28
Tabel 2.4: CO2 emissies van materialen toegepast in draagconstructie van de bedrijfshal volgens tabel
2.3. (bron: Bauforumstahl)
Op basis van deze uitgangspunten zijn de CO2 emissies voor de ‘einde levensduur’ scenario’s
bepaald, en weergegeven in de 5e kolom van tabel 2.5.
In de 6e kolom van tabel 2.5 zijn de totale CO2 emissies opgenomen. We zien dan dat de
stalen en houten spanten ongeveer een gelijke totale CO2 emissie hebben (19 tot 24), en de
betonnen spanten het meest ongunstig zijn (37).
18
19
Grindvervangend betonpuingranulaat 71% / betonpuinstort 29%
Bij verbranding van hout komt CO2 vrij
Duurzaam construeren met materialen
2013
15
Spanttypen
Tweescharnierspant
met
voetscharnieren
Tweescharnierspant
met
voetscharnieren
Tweescharnierspant
met ingeklemde
kolomvoeten
Tweescharnierspant
met ingeklemde
kolomvoeten
Materiaal
spanten
Totaal
gewicht
spanten +
fundering in
ton
CO2
emissie
(‘cradle-togate’) in kg
CO2 /m2 bvo
CO2
emissie
einde
levensduur
in kg CO2
/m2 bvo
-18
Totale CO2
emissie in
kg CO2 /m2
bvo
Staal (S235)
61,1
42
Staal (S460)
65,4
34
-14
20
208,5
32
+5
37
144,7
2
+17
19
Kolommen:
C30/37
Liggers:
C30/37
Kolommen:
C30/37
Liggers: BS
16
(gelamineerd)
24
Tabel 2.5: EC-waarden van vier typen draagconstructies voor een bedrijfshal (bron: Bauforumstahl)
2.6.
Nationale Databanken met EC-waarden
1. Nationale Milieudatabase
In Nederland zijn de milieueffecten van producten die in de bouw worden toegepast
vastgelegd in de Nationale Milieudatabase (zie www.milieudatabase.nl). De database geeft
onder andere van basismaterialen informatie over de milieueffecten, zoals emissies
(waaronder CO2), uitputting van grondstoffen, toxicologische effecten en aantasting van de
ozonlaag. De database wordt beheerd door de Stichting Bouw Kwaliteit (SBK) 20. Doelstelling
is om alle beschikbare milieudata voor de Nederlandse bouwsector te uniformeren en te
valideren.
De Nationale Milieudatabase (NMD) is opgebouwd uit drie onderdelen: (1) Productkaarten
database, (2) Basisprofielen database en (3) Afdankscenario database.
De NMD bevat op dit moment de volgende categorieën aan getoetste data:
1. Merkgebonden (getoetst door derden t.b.v. fabrikanten en toeleveranciers);
2. Merkongebonden (getoetst door derden met vermelding van representativiteit
t.b.v. fabrikanten, branches en toeleveranciers);
3. Merkongebonden (niet getoetst door derden).
Getoetste data wil zeggen dat de data getoetst zijn door een onafhankelijke derde conform
het SBK-toetsingsprotocol. De ‘ongetoetste’ data worden alleen aselect gecontroleerd door de
Technisch Inhoudelijke Commissie (TIC) van SBK. Data uit categorie 3 zullen geleidelijk aan
vervangen worden door data uit categorie 1 en 2, waardoor de kwaliteit van de database en
daarmee de betrouwbaarheid van de berekeningen, verder zal toenemen. De leveranciers
van de data (bedrijven, branches) zijn overigens zelf verantwoordelijk voor de kwaliteit van
hun eigen data. SBK beheert alleen de Nationale Milieudatabase.
20
Op 14 april 2010 is de Stichting Bouwkwaliteit (SBK) aangewezen als beheerder van de bepalingsmethode
“Materiaal-gebonden milieuprestaties van Gebouwen en GWW-werken” inclusief de daaraan verbonden Nationale
Milieudatabase.
Duurzaam construeren met materialen
2013
16
Alleen de SBK data zijn vrij toegankelijk voor inzage. Om de overige data te kunnen
gebruiken moet een abonnement op de Nationale Milieudatabase worden afgesloten.
Tabel 2.6, ontleend aan de Nationale Milieudatabase, geeft een overzicht van de
milieueffecten bij gebruik van een kilogram van het bouwproduct ‘wapeningstaal’. Een
dergelijk overzicht van milieudata wordt het ‘milieuprofiel’ van het materiaal genoemd.
Alleen de eerste 11 milieueffecten (uitputting van abiotische grondstoffen t/m vermesting)
worden meegenomen in de milieuprestatieberekening zoals voorgeschreven in het
Bouwbesluit 2012.
Materiaal
Uitputting van abiotische
grondstoffen, excl. fossiele
energiedragers
Uitputting van fossiele
energiedragers
Broeikas effect (GWP100)
Ozonlaag aantasting
Humaan-toxicologische
effecten
Ecotoxicologische effecten,
aquatisch (zoetwater)
Ecotoxicologische effecten,
aquatisch (zoutwater)
Ecotoxicologische effecten,
terrestrisch
Fotochemische oxidant
vorming (smog)
Verzuring
Vermesting
Totaal hernieuwbare
energie
Totaal niet hernieuwbare
energie
Energie
Waterverbruik
Niet-gevaarlijk afval
Gevaarlijk afval
Wapeningstaal
2.44E-07
1.40E-02
2.59E+00
1.12E-08
1.16E-01
2.92E-03
1.33E+01
9.99E-04
1.23E-03
6.63E-03
6.00E-04
1.05E-01
3.16E+01
3.17E+01
2.16E-01
0
0
Tabel 2.6: Milieuprofiel van wapeningstaal
(bron: Nationale Milieudatabase)
De Stichting MRPI (Milieu Relevante Product Informatie) heeft o.a. voor constructiestaal en
betonmortel zogenaamde MRPI-bladen opgesteld waarin het milieuprofiel en de milieumaten
zijn opgenomen. Deze informatie is opgenomen in de Nationale Milieudatabase.
De MRPI-bladen bevatten waarden van alle 11 milieueffecten van de bouwproducten. Het
broeikaseffect (de GWP100 waarde) wordt uitgedrukt in kg CO2 per ton constructiestaal of m3
betonmortel, de waarden voor de embodied energy in MJ per ton constructiestaal of m3
betonmortel.
Duurzaam construeren met materialen
2013
17
2. NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten
Met het door NIBE ontwikkelde TWIN 21-model is de LCA 22-methode van het CML (Centrum
voor Milieukunde Leiden) versie 2 geschikt gemaakt voor het uitvoeren van vergelijkend
onderzoek en het inzichtelijk maken van de milieueffecten van bouwproducten. Daarmee is
het NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten ontstaan, dat in vijf delen een
overzicht geeft van de milieukosten van de meest gebruikte bouwproducten. In dit basiswerk
zijn Milieuclassificatie tabellen per bouwtoepassing opgenomen, uitgedrukt in verborgen
milieukosten (schaduwkosten) per functionele eenheid, en de ‘Bron to Bron’ (B2B) score per
functionele eenheid. Met de B2B score wordt een brug geslagen tussen de Cradle-to-Cradle
(C2C) en de LCA methodiek. De B2B score bestaat uit: materiaalrecycling, gezondheid,
duurzame energie en watergebruik, en zegt iets over de mate waarin een materiaal of
bouwproduct voldoet aan het C2C principe.
Het totale Basiswerk bestaat uit vijf verschillende boeken:
•
•
•
•
•
Deel
Deel
Deel
Deel
Deel
1
2
3
4
5
Draagconstructies
Gevels en daken
Inbouwpakketten
Installaties
Energie- & waterbesparing.
De CO2 emissies worden gegeven in kg CO2 eq. per functionele eenheid.
2.7.
Internationale databanken
Er zijn maar een beperkt aantal internationale databanken met milieudata van
bouwmaterialen. Ook zijn niet alle databanken openbaar. De volgende databanken zijn wel
vrij toegankelijk.
21
Voor de milieubeoordelingsmethode TWIN2011 is zoveel mogelijk aangesloten bij de laatste stand der techniek.
Voor de beoordeling van het overgrote deel van de milieueffecten is gebruik gemaakt van de recent in de
bepalingsmethode “Materiaal-gebonden milieuprestatie van gebouwen en GWW-werken” beschreven methode: de
door het Centrum voor Milieukunde in Leiden (CML) herziene LCA-methodiek, kortweg CML-2. Daarnaast is er
gebruik gemaakt van het oorspronkelijke TWIN-model en de methode van Müller-Wenk voor de beoordeling van
geluidshinder door wegtransport. Ten opzichte van het oorspronkelijke TWIN-model worden veel meer milieueffecten
kwantitatief berekend, zoals hinder door licht, geluid en stank, naast uitputting van grondstoffen en landgebruik.
22
LCA kan gedefinieerd worden als de "verzameling en waardering van alle in- en uitstromen en mogelijke
milieueffecten van een productsysteem gedurende zijn levenscyclus". De LCA is daardoor een stuk gereedschap voor
de analyse van het milieueffect van een product gedurende alle fases van zijn levenscyclus van de winning van
grondstoffen, via productie van materialen, productonderdelen en het product zelf, tot aan het gebruik van het
product en de uiteindelijke verwerking na sloop door hergebruik, recycling, storten of verbranden. Deze levenscyclus
wordt meestal kortweg omschreven als "van wieg tot graf" of ‘cradle-to-grave’.
Onder productsysteem worden alle processen verstaan die betrokken zijn bij de levenscyclus van het product. Onder
milieueffect wordt verstaan alle invloeden op het milieu, inclusief de onttrekking van verschillende grondstoffen,
emissies van schadelijke stoffen en verschillende manieren van landgebruik.
De LCA is, voor zover mogelijk, kwantitatief van aard. Wanneer dit niet mogelijk is kunnen - en moeten kwalitatieve aspecten in de beoordeling meegenomen worden, zodat een zo volledig mogelijk beeld wordt gegeven
van alle veroorzaakte milieueffecten.
Duurzaam construeren met materialen
2013
18
1. Inventory of Carbon & Energy (ICE)
Voor de Britse markt heeft het Sustainable Energy Research Team (SERT) van de University
of Bath (UK) een databank opgesteld. Deze ‘Inventory of Carbon & Energy (ICE)’ versie
2.0, bevat ‘cradle-to-gate’ data voor zowel de Embodied Energy als de Embodied Carbon van
meer dan 200 bouwmaterialen, en is gebaseerd op verschillende bronnen. Van de databank
wordt jaarlijks een update gemaakt, zodat gebruik van de laatste versie wordt aangeraden.
De gebruikelijke constructiematerialen zijn samengevat in onderstaande tabel 2.6. Het betreft
hier ‘cradle-to-gate’ waarden die gelden voor de Britse markt, en kunnen afwijken van
waarden zoals wij die in Nederland (moeten) hanteren.
Material
Embodied
Energy
(MJ/kg)
Embodied Carbon
(kg CO2/kg)
Soortelijke
massa (kg/m3)
3,00
0,85
0,240
-
1.700
2.180
Cement mortar
Mortar (1 cement: 3 sand)
Aggregate
1,33
0,083
0,208
0,005
2.240
Concrete
In situ concrete (1: 2: 4) 23
In situ concrete (1: 1,5: 3) 24
Concrete blocks
Autoclaved aerated blocks
0,97
1,11
0,67
3,50
0,132
0,159
0,073
0.300
2.400
2.400
1.450
750
Glass
Floatglass
Fibreglass (Glasswool)
15,00
28,00
0,850
1,350
2.500
12
Steel
Steel General, ‘typical’ 25
Steel Section
Steel Pipe
Stainless Steel
Iron
Rebar (100% scrap
feedstock)
20,10
21,50
19,80
56,70
25,00
-
1,370
1,420
1,370
6,150
1,910
1,310
7.850
7.850
7.850
7.850
7.870
7.850
Aluminium
Aluminium (incl. 33%
recycled)
155,00
8,240
2.700
Stone
Bricks
Limestone block
23
24
25
Verhouding cement: zand: toeslagmaterialen in t.p.g. beton
Verhouding cement: zand: toeslagmaterialen in t.p.g. beton
Uitgaande van 42,3 % gerecycled staal
Duurzaam construeren met materialen
2013
19
Timber
General
Glue laminated timber
Hardboard
MDF
OSB
Plywood
Sawn hardwood
10,00
12,00
16,00
11,00
15,00
15,00
10,40
0,720
0,870
1,050
0,720
0,960
1,070
0,860
480
515
600
680
640
540
700
- 720
- 1000
- 760
- 700
- 800
Tabel 2.6: ‘Cradle-to-gate’ waarden voor de Embodied Energy en de Embodied Carbon voor gebruikelijke
constructiematerialen (bron: University of Bath ICE v2.0 26)
2. European reference Life Cycle Database (ELCD)
Voor de Europese markt is door de Europese Commissie opgesteld de European reference
Life Cycle Database (ELCD). Deze database is vrij beschikbaar via de website:
http://elcd.jrc.ec.europa.eu. Versie 3.0 van deze database bevat LCI data van de
belangrijkste materialen, energiedragers, transport en afvalmanagement, opgesteld door o.a.
vooruitstrevende Europese branche organisaties. Deze database kan wel eens de Europese
standaard gaan worden.
3. Ökobau.dat 2011
Sinds januari 2011 is voor de Duitse markt beschikbaar de database Ökobau.dat 2011.
Deze database is te downloaden via de website: www.nachhaltigesbauen.de/baustoff-undgebaeudedaten/oekobaudat.html. Het bestand bevat ca. 950 databladen verdeeld over de
categorieën: minerale bouwstoffen – isolatiematerialen – houtproducten – metalen –
dekvloeren – bouwproducten van kunststof – componenten voor ramen, deuren en
vliesgevels – gebouwinstallaties – overige. Elk datablad is voorzien van milieurelevante
productinformatie, aangevuld met informatie over de bronnen (geldigheidsduur,
datakwaliteit). De data kunnen gebruikt worden voor de bepaling van de milieubelasting van
een gebouw.
4. Ecoinvent database
Sinds 2003 is voor de Zwitserse markt beschikbaar de Ecoinvent database. Deze database is
door diverse Zwitserse instituten opgezet om te komen tot een geharmoniseerde en actuele
database. De database is ook bruikbaar voor de omringende landen van Zwitserland. De
database kan online geraadpleegd worden indien men beschikt over een licentie. Zie verder
de website: www.ecoinvent.org.
2.8.
Kritische beoordeling van milieudata 27
Er zijn een aantal aspecten die de kwaliteit (nauwkeurigheid en betrouwbaarheid) en de
absolute waarde van milieudata kunnen beïnvloeden. In willekeurige volgorde noemen we
hierna de belangrijkste.
26
Hammond, G. en Jones, C Inventory of Carbon and Energy (ICE) version 2.0
Bron: A short guide to embodied carbon in building structures, The Institution of Structural Engineers, August
2011, chapter 7.
27
Duurzaam construeren met materialen
2013
20
•
Transparantie
Helder en transparant moet zijn op basis van welke uitgangspunten de milieudata zijn
vastgesteld. Gebruikelijk is de emissiewaarden te baseren op een ‘cradle-to-gate’ analyse.
Voor metalen is het echter veel aantrekkelijker om uit te gaan van ‘cradle-to-cradle’ waarden,
waarbij de recycling van metaal kan worden meegenomen. Daarbij moet ook het transport
naar de bouwplaats en de montage in het werk worden meegenomen. Voor de bijdrage van
het transport wordt uitgegaan van een standaard afstand fabriekspoort – bouwplaats. Deze
moet als uitgangspunt bekend zijn. Bij een kleinere of grotere afstand mag gerekend worden
met een kleinere resp. grotere CO2 emissie.
•
Differentiatie
Per productgroep moeten de milieudata gedifferentieerd zijn. Zo kan niet volstaan worden
met één emissiewaarde voor hout, maar zal deze bepaald moeten zijn voor bijv. naaldhout,
hardhout, multiplex en gelamineerd hout.
Ook voor beton geldt niet één emissiewaarde. Bij beton is het van belang om de juiste
samenstelling van het betonmengsel aan te houden. Met name de bijdrage van cement (soort
en hoeveelheid) is hierbij cruciaal. In het betonmengsel kunnen cement-vervangende
bindmiddelen als poederkoolvliegas en gemalen hoogovenslakken zijn toegevoegd, die tot
een reductie van de emissiewaarde leiden. Maar ook de wijze van wapenen is van belang:
met wapeningstaal, voorspanstaal of staalvezels. En tot slot speelt bij beton een rol of sprake
is van ter plaatse gestort beton of geprefabriceerd beton.
•
Actualiteit van data
Door voortdurende verbeteringen in productieprocessen en transportmiddelen op het gebied
van energieverbruik, is het van belang om steeds uit te gaan van actuele data. De Europese
Commissie CEN/TC 350 zal zorgdragen voor een formele procedure om de milieudata
regelmatig te actualiseren.
•
Variabiliteit van data
Een belangrijk onderwerp is de onvermijdelijke variabiliteit van data. Dit kan voor een deel
ondervangen worden door een meer gedetailleerde database, bijv. voor beton op basis van
de betonsamenstelling.
Binnen een productgroep als staal kunnen milieudata sterk uiteen lopen door de onderling
verschillende productieprocessen van staalproducenten. Tussen landen kunnen daarbij grote
verschillen optreden. Deze verschillen kunnen op termijn minder worden, reden te meer om
de milieudata voortdurend te actualiseren.
Een tweede oorzaak van variabiliteit van data is gelegen in het gebruik van verschillende
LCA-methoden. De European Committee for Standardization (CEN) heeft de Technical
Committee “Sustainability of construction works” (CEN/TC 350) benoemd die verschillende
normen heeft ontwikkeld voor de beoordeling van de duurzaamheid van gebouw en
bouwproducten. De norm EN 15978 28 behandelt de milieuprestatie van gebouwen en
definieert systeemgrenzen die beschouwd moeten worden in een LCA.
28
EN 15978.2011 Sustainability of construction works – Assessment of environmental performance of buildings –
Calculation method. European Committee for Standardization.
Duurzaam construeren met materialen
2013
21
De beoordeling moet betrekking hebben op alle gebouw-gerelateerde bouwproducten,
processen en diensten die gebruikt worden tijdens de gehele levensduur van een gebouw. De
informatie over producten en diensten moet verkregen zijn uit EPD’s 29 (Environmental
Product Declarations), te vergelijken met onze Milieu Relevante Product Informaties. De norm
EN 15804 30 schrijft voor hoe deze EPD’s opgesteld moeten worden.
Commissie CEN/TC 350 onderscheidt vijf modules in de levensduur van een gebouw. De
eerste module heeft betrekking op de winning van grondstoffen en de fabricage van
bouwmaterialen en bouwproducten, daarna volgen de uitvoeringsfase, de gebruiksfase en tot
slot de ‘einde levensduur’ fase (zie tabel 1.6). In het schema is ook nog een 5e module
opgenomen: Benefits & loads, waarin positieve en negatieve milieueffecten van hergebruik of
recycling van bouwmaterialen in rekening gebracht worden.
Building Assessment Information
Building Life Cycle Information
Product stage
A1: Raw material
supply
A2: Transport
A3:
Manufacturing
Construction
Process stage
A4: Transport
Use stage
A5: Construction
installation
B2: Maintenance
B1: Use
B3: Repair
B4: Replacement
B5:
Refurbishment
B6: Operational
energy
B7: Operational
water
End of Life stage
(Building)
C1: Deconstruction,
demolition
C2: Transport
Benefits and
loads
D; Reuse,
recovery,
recycling
C3: Waste
processing
C4: Disposal
Tabel 2.7: Life cycle stages for building products and buildings according to EN 15804 and EN 15978.
Het in acht nemen van de modules A1-A3 bij de opstelling van de EPD’s is verplicht volgens
EN 15804.
EN 15978 schrijft voor dat ook de module ‘Benefits & loads’ moet worden meegenomen.
De serie Europese Normen over duurzaamheid van bouwwerken worden van grote invloed op
de bouwwereld. Op basis van een heldere definitie van de wijze waarop milieuprofielen van
bouwmaterialen en – producten bepaald moeten worden, zal uniformiteit binnen de EU
moeten ontstaan.
29
Een Environmental Product Declaration is vergelijkbaar met een Milieu Relevante Product Informatie (MRPI).
EN 15804.2011 Sustainability of construction works – Environmental product declarations – Core rules for the
product category of construction products. European Committee for Standardization. Deze Europese norm ten
behoeve van de bepaling van milieugegevens is vanaf 1 januari 2012 van kracht, en vervangt de per 1 juli 2012
ingetrokken norm NEN 8006 – “Milieugegevens van bouwmaterialen, bouwproducten en bouwelementen voor
opname in een milieuverklaring – Bepalingsmethode volgens de LevensCyclusAnalyse methode”.
30
Duurzaam construeren met materialen
2013
22
•
Energiebronnen
LCA 31 data moeten gebaseerd zijn op processen, waarbij primaire energie wordt gebruikt. Dit
zijn energiegrondstoffen in hun natuurlijke vorm, zonder enige technische omzetting, zoals
nodig voor elektriciteit. Hierdoor worden inefficiëntie en transmissieverliezen, die aanzienlijk
kunnen zijn, automatisch in de LCA berekening meegenomen. De primaire energiebronnen
hebben een grote invloed op de CO2 emissie. Bijv. fossiele brandstoffen genereren een grote
CO2 emissie, in tegenstelling tot wind- en zonne-energie.
•
Transport
Milieudata worden gewoonlijk gepresenteerd als ‘cradle-to-gate’ waarden. Dit betekent dat de
CO2 emissie die gepaard gaat met transport naar de bouwplaats en montage op de
bouwplaats hier alsnog aan toegevoegd moet worden.
Onderzoek heeft uitgewezen dat de invloed van transport op de emissiewaarde relatief
beperkt is (<10%). Dit betekent dat de invloed van transport kan worden meegenomen door
een toeslag van ca. 10% op de ‘cradle-to-gate’ waarde. Een uitzondering moet gemaakt
worden voor bulkmaterialen als zand en grind, waarvan de ‘cradle-to-gate’ waarden zeer
gering zijn, maar de invloed van het transport juist groot is. Ook voor zware bouwproducten als betonvloeren, betonnen brugliggers en dergelijke - geldt dit.
Voor bouwproducten die over grote afstanden getransporteerd moeten worden, dient een
aparte berekening te worden gemaakt van de bijdrage van het transport op de EC-waarde,
zeker wanneer bouwproducten uit het buitenland komen (bijv. natuursteen).
•
Montage op de bouwplaats
De CO2 emissie die betrekking heeft op de montage op de bouwplaats is in het algemeen ook
gering in vergelijking met de ‘cradle-to-gate’ waarde. Gebruikelijk is om af te zien van een
toeslag, met uitzondering van diepe bouwputten, waarbij sprake is van significante
bouwactiviteiten en transport in relatie tot de toegepaste hoeveelheid constructiematerialen.
•
Toerekening recycling
Er is geen breed geaccepteerde methode om recycling van materialen, bijv. van staal en
aluminium, in de LCA berekeningen mee te nemen.
Het meest gebruikelijk is de hoeveelheid ‘gerecycled’ materiaal in mindering te brengen op de
hoeveelheid ‘nieuw’ materiaal, en de energie die nodig is om het nieuwe product te maken
hieraan toe te voegen (‘recycled content approach’). Verder kennen we de ‘recycling potential
approach’ die niet afrekent op het gebruik maar op het verlies aan materiaal aan het einde
van de levensduur.
Een andere methode (‘substitution method’) gaat uit van de hoeveelheid van een materiaal
die gerecycled kan worden aan het eind van de functionele levensduur, en brengt dit aandeel
op voorhand in mindering.
Welke methode ook gebruikt wordt, duidelijkheid daarover is altijd noodzakelijk.
31
LCA = Life Cycle Analysis
Duurzaam construeren met materialen
2013
23
•
Toerekening hergebruik
Veel bouwproducten maken gebruik van afvalproducten of bijproducten van andere
productieprocessen. Een bijproduct bij de staalfabricage vormen hoogovenslakken, die
gebruikt worden voor de productie van hoogovencement. De vraag rijst op welke wijze de
CO2 emissie van het bijproduct hoogovenslakken toegerekend moet worden aan de
staalproductie resp. de hoogovencementproductie. Een benadering die vaak gekozen wordt is
om dit te doen op basis van de economische waarde, in dit geval van staal en
hoogovencement. Maar ook een allocatie op basis van gewicht of volume is mogelijk.
Een voorbeeld van gebruik van een afvalproduct is poederkoolvliegas (een afvalproduct van
kolengestookte elektriciteitscentrales) als cement vervangend bindmiddel in betonmortel.
•
Toerekening afval op de bouwplaats
Afval op de bouwplaats moet worden meegenomen door een toeslag op de gebruikte
hoeveelheid van een materiaal, corresponderend met het afvalpercentage.
•
Toerekening van opgeslagen CO2
Sommige materialen, zoals hout, nemen tijdens hun groei CO2 op uit de lucht. Dit CO2 zit
opgeslagen in het hout, op het moment dat de bomen worden omgezaagd. Het komt weer
vrij als CO2 aan het eind van de functionele levensduur, wanneer het hout verbrand wordt.
Het komt vrij als methaan wanneer het hout gecomposteerd wordt. Door het opgeslagen
koolstofdioxide mee te nemen in de CO2 emissie berekening, kan deze zelfs een negatieve
waarde krijgen. Opgemerkt wordt dat dit alleen geldt voor ‘cradle-to-cradle’ waarden.
•
Toerekening carbonatatie
Een deel van de koolstofdioxide die uitgestoten wordt tijdens de productie van cement, wordt
weer gecompenseerd met de opname van koolstofdioxide door beton, een proces dat bekend
staat als carbonatatie. Alleen in de buitenste schil van betonconstructies (betondekking) vindt
carbonatatie plaats. In de praktijk wordt daarom nauwelijks met dit fenomeen rekening
gehouden.
Duurzaam construeren met materialen
2013
24
3.
Berekening van de CO2 emissie van
gebouwconstructies
Berekening van de CO2 emissie van gebouwconstructies is in feite een simpel proces,
waarvoor alleen maar een uitgebreide databank met de emissiewaarden van bouwmaterialen
en -producten, en een gespecificeerd overzicht van alle materiaalhoeveelheden nodig is. Met
de Nationale Milieudatabase en NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties van Bouwproducten zijn
voldoende emissiewaarden beschikbaar. Hoewel er op dit moment nationaal en internationaal
nog grote verschillen zijn in de opgegeven emissiewaarden voor basismaterialen, is de
verwachting dat deze verschillen spoedig door harmonisatie en standaardisatie weggewerkt
zullen zijn. Er zijn dus geen belemmeringen voor de ontwerpend constructeur om een
berekening van de milieubelasting van een constructie ontwerp te maken. Sterker nog, er ligt
een prachtige kans voor ontwerpend constructeurs om nu (milieu)verantwoordelijkheid te
nemen en een centrale rol te gaan spelen in het ontwerpen van gebouwen met een minimale
milieubelasting door beperking van de totale hoeveelheid CO2 emissie. Natuurlijk is het zo dat
de hoeveelheid CO2 emissie slechts één aspect is van duurzame constructies. Het is echter
wel een aspect waar de ontwerpend constructeur de meest directe invloed op kan uitoefenen.
Belangrijk blijft om een holistische benadering te kiezen, waarbij in ogenschouw moet worden
genomen dat beperking van de totale CO2 emissie kan leiden tot een toename van andere
aspecten, en een zorgvuldige afweging gemaakt moet worden.
In de Voorontwerp fase is het gewenst om met een quick scan op basis van algemene
informatie (zonder details) de totale CO2 emissie (in ton CO2) van een ontwerpvariant van de
constructie te kunnen bepalen. Hiermee kunnen dan ontwerpvarianten van de constructie
onderling vergeleken worden, om tot een verantwoorde keuze te komen. Met de waarden van
tabel 3.1 kan deze eerste inschatting worden gemaakt. Het ontbreekt op dit moment aan
benchmark data van bepaalde typen gebouwconstructies om de berekende totale
emissiewaarde te kunnen toetsen. Deze data zullen in de nabije toekomst echter wel
beschikbaar komen.
Materiaal
Hoeveelheid
(ton)
CO2 emissie materiaal (ton
CO2 / ton)
Totale CO2 emissie
(ton CO2)
Beton
2737
0,159
435
Staal (profielen)
128
1,420
182
Wapening
163
1,310
214
Stalen dakplaten
15
1,450
22
Hout (gezaagd
naaldhout)
32
0,720
23
Totaal
876
Tabel 3.1: Voorbeeld berekening totale hoeveelheid CO2 emissie (‘cradle-to-gate’) voor een
hoofddraagconstructie (bron: A short guide to embodied carbon in building structures)
Om de materiaalhoeveelheden benodigd voor de hoofddraagconstructie van een gebouw in
een vroeg stadium van het ontwerpproces te kunnen bepalen, is een rekentool voor
constructeurs ontwikkeld: het BHH-model voor gebouwen.
Duurzaam construeren met materialen
2013
25
Rekentool voor constructeurs in het kader van de milieuprestatie gebouwen:
BHH-model voor gebouwen
In opdracht van o.a. het Ministerie van Infrastructuur & Milieu en de Koninklijke Metaalunie,
is door IMd Raadgevende Ingenieurs het Model Bepaling Hoeveelheden
Hoofddraagconstructie (BHH-model) ontwikkeld. Aan de hand van dit model kan in een vroeg
ontwerpstadium (wanneer nog niet alle dimensies van de hoofddraagconstructie zijn
vastgesteld) al een indicatie van de materiaalhoeveelheden van de hoofddraagconstructie
worden bepaald. Het model is geschikt voor de meest gangbare constructies van gebouwen
met meerdere bouwlagen en rechthoekige plattegronden. Bijzondere gebouwvormen of
constructies met vloeroverspanningen van meer dan 20 meter kunnen niet met het model
bepaald worden.
De kern van het model is het vaststellen van de belangrijkste parameters die de functionele
eenheid van het bouwwerk vastleggen, zoals gebouwfunctie, stramienmaten, bouwlagen,
typen vloerafwerkingen en scheidingswanden. Na invoering daarvan bepaalt het model
automatisch de belastingen en genereert het vervolgens de benodigde hoeveelheden
materiaal. Daarbij geeft de constructeur aan welk vloersysteem wenselijk is, en welk type
hoofddraagconstructie en fundering.
De achterliggende rekenregels en het model (in Excel) zijn te bestellen via de website:
www.milieudatabase.nl .
In de Definitief Ontwerp fase dient een Milieuprestatieberekening materialen te worden
gemaakt.
In het Bouwbesluit 2012 is in afdeling 5.2 namelijk bepaald dat bij elke aanvraag van een
omgevingsvergunning voor nieuwbouwwoningen en kantoren (met een bruto vloeroppervlak
> 100 m2), een milieuprestatieberekening materialen bijgevoegd moet worden. Hierbij gaat
het om de CO2 uitstoot en de uitputting van grondstoffen van de bouwmaterialen in een
gebouw. Afdeling 5.2. van het Bouwbesluit 2012 is op 1 januari 2013 in werking getreden.
De berekening van de milieuprestatie die gevraagd wordt geeft inzicht in de milieueffecten
van het gebouw op basis van zijn levenscyclus en de materialen die daarin verwerkt zijn.
Inzicht in de milieueffecten stimuleert bewustere keuzes van materialen, wat leidt tot
duurzamer gebouwen.
Een korte introductie over de achtergronden van de milieuprestatieberekening materialen is
te vinden in het informatieblad "Al aan de slag met de milieuprestatie Bouwbesluit 2012?".
Deze is te downloaden via de website: www.milieudatabase.nl.
De hoofddraagconstructie draagt voor ca. 60% bij aan de materiaal-gebonden milieubelasting
van een gebouw. Inclusief de gevel zelfs 85%. Daarom hebben constructeurs een belangrijke
rol bij het maken van de milieuprestatieberekening van gebouwen en bouwwerken.
De milieuprestatieberekening moet voldoen aan de SBK 32-Bepalingsmethode Milieuprestatie
Gebouwen en GWW-werken (incl. de Nationale Milieudatabase). Deze bepalingsmethode
bepaalt op een eenduidige en controleerbare wijze de milieuprestatie van het gebouw of
bouwwerk over de gehele levenscyclus op basis van een Levens Cyclus Analyse (LCA) en kijkt
32
SBK = Stichting Bouw Kwaliteit
Duurzaam construeren met materialen
2013
26
daarbij naar de producten en elementen waaruit het gebouw of bouwwerk is opgebouwd. Er
wordt expliciet verwezen naar de Nationale Milieudatabase. Deze bevat gegevens over de
milieueffecten van bouwmaterialen, zoals emissies, onttrekking van grondstoffen en
aantasting van de ozonlaag. De database wordt beheerd door de Stichting Bouw Kwaliteit
(SBK). De database is opgebouwd uit drie categorieën, afhankelijk van de nauwkeurigheid
van de data:
1. Categorie I: Merkgebonden (specifieke fabrikant), getoetste data;
2. Categorie II: Merkongebonden (specifieke branche), getoetste data;
3. Categorie III: niet getoetste data.
Getoetste data wil zeggen dat de data getoetst zijn door een onafhankelijk derde partij
conform het SBK-toetsingsprotocol.
Het Bouwbesluit 2012 stelt nog geen grenswaarde aan de milieuprestatie van gebouwen
(MPG). De reden hiervoor is dat de bouw daardoor de gelegenheid heeft om ervaring op te
doen met de berekening van de milieuprestatie van gebouwen en te laten wennen in het
stellen van milieuprestatie-eisen aan gebouwen en bouwwerken. Op termijn zal in het
Bouwbesluit alsnog een grenswaarde voor de milieueffecten van materialen worden
opgenomen.
Rekeninstrumenten
De SBK-Bepalingsmethode is geïntegreerd in bestaande (digitale) rekeninstrumenten:
Rekenprogramma's materiaalgebonden milieuprestatie berekening: B&U-sector
Hieronder worden de rekenprogramma's genoemd die voldoen aan de SBK-validatierichtlijn
software versie 1.0 oktober 2012. Deze rekenprogramma's zijn te herkennen aan het 'vinkje'.
Deze programma's zijn geschikt om de milieuprestatie van een gebouw te berekenen conform
het Bouwbesluit 2012.
1. GPR Bouwbesluit
SBK-validatierichtlijn software versie 1.0 oktober 2012
SBK-validatierichtlijn software versie 1.1 maart 2013
Met deze voorlopig gratis te gebruiken tool kan de milieuprestatie van gebouwen (MPG)
berekend worden. GPR Bouwbesluit maakt gebruik van de SBK-Bepalingsmethode inclusief de
bijbehorende rekenregels en Nationale Milieudatabase.
Verdere informatie: www.gprgebouw.nl
2. MRPI Freetool Milieuprestatie Gebouwen
SBK-validatierichtlijn software versie 1.0 oktober 2012
SBK-validatierichtlijn software versie 1.1 maart 2013
MRPI - MPG is een gratis, online rekentool om de milieuprestatie van gebouwen (MPG) te
berekenen, geheel conform artikel 5.9 in het Bouwbesluit. De invoergegevens worden lokaal
op de PC bewaard zodat deze later weer gebruikt kunnen worden bijv. bij aanpassingen in de
invoergegevens.
Duurzaam construeren met materialen
2013
27
Verdere informatie en het gebruik van de tool: www.mrpi-mpg.nl
3. Rekenprogramma bouwkostenadviesbureaus
SBK-validatierichtlijn software versie 1.0 oktober 2012
SBK-validatierichtlijn software versie 1.1 maart 2013
Met dit gratis te gebruiken rekenprogramma kan de milieuprestatie van gebouwen (MPG)
berekend worden. Het programma is ontwikkeld door een samenwerkingsverband van 12
bouwkostenbureaus. Basis voor het programma (wat betreft het vaststellen van de MPG) is
de SBK-bepalingsmethode en de volgende stap is de implementatie van de Nationale
Milieudatabase. Verwachting is dat dit eind 2012 gerealiseerd is.
Verdere informatie: www.bouwprojecteconomie.nl
4. GreenCalc Materialentool
SBK-validatierichtlijn software versie 1.0 oktober 2012
SBK-validatierichtlijn software versie 1.1 maart 2013
GreenCalc-materialentool ontwikkeld door DGBC is een gratis instrument waarmee de
milieubelasting van materialen bepaald kan worden conform de SBK-Bepalingsmethode. Eind
2012 wordt de Nationale Milieudatabase in de tool geïmplementeerd. NIBE is mede-eigenaar
van de tool. De tool is gratis te downloaden van
http://www.dgbc.nl/wat_doet_dgbc/downloads
Verdere informatie: Helpdesk DGBC, telefoon 010-2065933, [email protected]
De rekeninstrumenten zijn goed te gebruiken door iedereen met basiskennis over bouwkunde
en materialen.
Duurzaam construeren met materialen
2013
28
4.
Beton
Beton 33
Beton is na water het meest gebruikte product in de wereld. Het wordt grotendeels
vervaardigd uit natuurlijke grondstoffen: cement, toeslagmaterialen (zand en grind) en
water.
Cement is een fijngemalen, anorganische stof die na mengen met water een pasta vormt,
die zowel boven als onder water verhardt. Cement is het meest gebruikte bindmiddel voor
mortel en beton. Cementsoorten worden aangeduid met de letters CEM gevolgd door een
Romeins cijfer: CEM I (Portlandcement), CEM II (Portlandvliegascement), CEM III
(Hoogovencement), CEM IV (Puzzolaancement) en CEM V (Composietcement). Daarna volgt
een schuine streep (/) met de letters A, B of C, die betrekking hebben op het klinkergehalte.
De aanduiding kan worden gevolgd door een horizontale streep en een hoofdletter die
aangeeft welk hoofdbestanddeel naast de portlandcementklinker is gebruikt. Het minimaal
vereiste cementgehalte is afhankelijk van de milieuklasse, en varieert tussen 200 en 340
kg/m3 beton.
Zand (fijn toeslagmateriaal) en grind (>4 mm grof toeslagmateriaal) vormen beide het
dragende skelet van beton. Naast zand en grind worden als toeslagmateriaal o.a. toegepast:
natuursteen, geëxpandeerde klei, geëxpandeerde mijnsteen, gesinterde vliegas en beton- of
metselwerkgranulaat. Totaal bevat beton ca. 70% toeslagmateriaal.
Water (zonder verontreinigingen) wordt toegevoegd voor de hydratatie van cement. De
hoeveelheid (aanmaak)water wordt uitgedrukt in de water-cementfactor resp. de waterbindmiddelfactor.
Om specifieke eigenschappen toe te kennen aan beton(mortel) kunnen hulpstoffen worden
toegevoegd, tot maximaal 5% van de cementhoeveelheid. De bekendste hulpstoffen zijn
(super)plastificeerders, luchtbelvormers, vertragers en versnellers.
Behalve hulpstoffen kunnen ook andere toevoegingen worden toegepast, zoals kleurstoffen
en vezels.
Vulstoffen zijn inerte dan wel (latent) hydraulische stoffen, meestal fijner dan 63 μm, die aan
betonspecie kunnen worden toegevoegd ter aanvulling van de hoeveelheid fijn materiaal. Als
inerte vulstof noemen we kalksteenmeel en kwartsmeel, en als vulstoffen met een
bindmiddelfunctie: poederkoolvliegas, tras, silicafume en gemalen gegranuleerde
hoogovenslak.
Wapening
Voor de opname van trekspanningen in betonconstructies wordt wapening gebruikt. Als
wapening worden staven, netten, voorspanstaal en vezels toegepast.
4.1.
CO2 emissie winning & transport grondstoffen
CO2 emissie van zand
De helft van het zand komt uit zee. De rest van het zand wordt gewonnen uit afgravingen op
het land. Nederland kan volledig in de eigen behoefte aan zand voorzien. Er hoeft dus geen
zand te worden geïmporteerd. Wel heeft de Nederlandse overheid de winning van zand en
33
Bron: Betonpocket 2012.
Duurzaam construeren met materialen
2013
29
grind beperkt. Deze mogen alleen plaatsvinden op een wijze waarbij de locatie geen schade
ondervindt en wanneer de winning een maatschappelijk doel dient.
Voor de CO2 emissie van zand kan worden aangehouden: 3,4 kg CO2 / ton zand 34. Bij een
soortelijke massa van 1.350 kg/m3 (4% vochtgehalte) komt dit overeen met 4,6 kg CO2 /m3
zand. Deze waarde wordt hierna aangehouden.
CO2 emissie van grind
Grind wordt gewonnen uit rivieren en uit diepere
grondlagen. Doordat grind minder voorradig is kan
Nederland voor ongeveer de helft in de eigen
grindbehoefte voorzien. Het overige deel wordt
geïmporteerd, vooral uit Duitsland en België.
Voor de CO2 emissie van grind kan worden
aangehouden: 2,7 kg CO2 / ton grind 35.
Bij een soortelijke massa van 1.600 kg/m3 (2%
vochtgehalte) komt dit overeen met 4,3 kg CO2 /m3 grind.
Waar sterkte van beton minder een rol speelt, kan grind vervangen worden door
puingranulaat (vermalen puin van beton en metselwerk).
CO2 emissie van water
Voor de CO2 emissie van water kan worden aangehouden: 0,3 kg CO2 / ton water 36.
Bij een soortelijke massa van 1.000 kg/m3 komt dit overeen met 0,3 kg CO2 /m3 water.
Deze bijdrage is dus verwaarloosbaar.
CO2 emissie van cement
Cement is een soortnaam. Er worden verschillende ‘cementen’
toegepast, met als hoofdbestanddelen: Portlandklinkers,
hoogovenslakken, microsilica, puzzolanen, vliegas, gebrande
leisteen en kalksteen.
De productie van Portlandcement vindt in Nederland plaats
onder Maastricht. In mergelgroeves in Zuid Limburg (Sint
Pietersberg en bij Margraten) wordt kalksteen gewonnen. De
daardoor veroorzaakte aantasting van het landschap wordt
gecompenseerd door de aanleg van nieuwe natuurgebieden. In de cementfabriek (ENCI
Maastricht) wordt de mergel gebroken en gehomoniseerd, vervolgens gedroogd en gemengd
met grondstoffen zoals klei, zand en vliegas tot een mengsel dat ‘ruwmeel’ wordt genoemd.
Dit wordt gemalen tot ‘fijnmeel’ en in een klinkeroven verwarmd tot 1420 °C. Wat overblijft,
is de portlandcementklinker (‘klinker’). Vervolgens wordt de klinker vermalen tot cement.
Bij Hoogovencement worden gemalen hoogovenslakken (die bij het hoogovenproces
overblijven) toegevoegd. Bij Portlandvliegascement wordt vliegas toegevoegd.
De cementindustrie is wereldwijd verantwoordelijk voor 5% van de
‘man made’ CO2 emissie in de wereld (dat is meer dan de uitstoot van de burgerluchtvaart!).
Op het gebied van duurzaamheid heeft de cementindustrie dan ook een imagoprobleem. In
tegenstelling tot de staalindustrie, die overigens vrijwel evenveel uitstoot: 4 à 5%.
34
35
36
Bron: Zandwinning België / Nederland.
Bron: Grindwinning België / Nederland.
Bron: CUR-publicatie 251.
Duurzaam construeren met materialen
2013
30
Cementovens verhitten kalksteen met ijzer-, silicium- en aluminium-houdende grondstoffen
tot 1420 °C om portlandklinker te maken. Dit halffabricaat wordt vermalen tot
portlandcement.
Door de inzet van CO2 neutrale biomassa 37 (o.a. gedroogd zuiveringsslib), alternatieve
grondstoffen die de oventemperatuur omlaag brengen en het vervangen van portlandklinker
door hoogovenslak en poederkoolvliegas, geldt voor de CO2 emissie van de Nederlandse
cementindustrie een percentage van 2,25% in plaats van het hiervoor genoemde percentage
van 5% van de mondiale CO2 emissie. Relateren we de CO2 emissie van de cementproductie
voor Nederland aan de nationale CO2 emissie dan komen we in Nederland uit op een
percentage van 1%. Daarmee is de Nederlandse cementindustrie wereldwijd koploper. “We”
doen het dus niet eens zo slecht in Nederland!
Van de in NEN-EN 197-1 genoemde cementen zijn de onderstaande volgens NEN 8005 in
Nederland toegelaten. Andere cementsoorten mogen worden toegepast, mits ze voldoen aan
NEN-EN 197-1 en hun geschiktheid is aangetoond (zie CUR-Aanbeveling 48):
- CEM I
portlandcement
- CEM II/A-S en CEM II/B-S
portlandslakcementen
- CEM II/A-V en CEM II/B-V
portlandvliegascementen
- CEM II/B-T
portlandleisteencement
- CEM III/A en CEM III/B
hoogovencementen
Van het totale cementgebruik in Nederland bestaat 48% uit CEM III, 47% uit CEM I en
slechts 5% uit CEM II en CEM V.
Voor de samenstelling van de hierboven genoemde cementen kan tabel 1 worden
aangehouden:
Cementsoort
volgens
EN 197-1
CEM I 42.5 N
Portlandcement
CEM II/B-S 42.5 N
portlandslakcement
CEM II/B-V 42.5 N
portlandvliegasceme
nt
CEM III/A 42.5 N
hoogovencement
CEM III/B 42.5 N
hoogovencement
Klinke
r
gehalt
e
(K)
Hoogovenslakke
n gehalte (S)
Poederkoolvlieg
as gehalte (V)
Kalkstee
n
Gehalte
(L)
Soortelijk
e massa
in kg/m3
96 %
-
-
4%
1.350
75 %
25 %
-
-
1.300
66 %
-
31 %
3%
1.000
44 %
51 %
2%
3%
1.200
32 %
67 %
-
1%
1.050
Tabel 1: Samenstelling in massaprocenten van in Nederland toegelaten cementen (bron:
Hollandse Cement Maatschappij H.C.M. bv).
De in tabel 1 weergegeven gehalten aan bestanddelen vallen binnen de marges zoals deze in
tabel 1 van NEN-EN 197-1 zijn aangegeven (zie tabel 2).
37
Biomassa wordt CO2 neutraal beschouwd. Het heeft een gesloten, kort-cyclische CO2-kringloop. Het
brandstofpakket van de ENCI in Maastricht bestaat (anno 2013) voor 89% uit secundaire brandstoffen,
waaronder zuiveringsslib.
Duurzaam construeren met materialen
2013
31
Cementsoort
Portlan
d
klinker
Hoogovensl
ak
Poederkoo
l-vliegas
Nevenbestanddele
n
95-100
-
-
0-5
65-79
21-35
-
0-5
65-79
-
21-35
0-5
35-64
36-65
-
0-5
20-34
66-80
-
0-5
Portlandcement
(CEM I)
Portlandslakcement
(CEM II/B-S)
Portlandvliegascement
(CEM II/B-V)
Hoogovencement
(CEM III/A)
Hoogovencement
(CEM III/B)
Tabel 2: Samenstelling in massaprocenten van een aantal cementsoorten
volgens EN 197-1, tabel 1.
Voor elk van de samenstellende bestanddelen van cement gelden de CO2 emissies zoals in
tabel 3 opgenomen.
Bestanddelen van cement
CO2 emissie in kg
CO2 per ton
bestanddeel 38
Soortelijke
massa in
kg/m3
Portlandklinker
Poederkoolvliegas
(K)
(V)
820
22
1.400
900
Hoogovenslak
Kalksteenmeel
(S)
(L)
42
32
1.890
1.120
bron
CUR-publicatie 251
Flower & Sanjayan,
2007
Orcem
CUR-publicatie 251
Tabel 3: CO2 emissie per ton bestanddeel.
Op basis hiervan kan tabel 4 worden samengesteld. Als voorbeeld wordt de CO2 emissie van
Portlandslakcement CEM II/B-S berekend. Deze bedraagt: (0,75 x 820) + (0,25 x 42) = 626
kg CO2 per ton. Bij een soortelijke massa van 1.300 kg/m3 betekent dit een CO2 emissie per
m3 van 1,3 x 626 = 814 kg CO2.
Voor de CO2 emissie van in Nederland toegelaten cementsoorten kan tabel 4 worden
aangehouden.
38
Aan hoogovenslakken en poederkoolvliegas wordt door sommigen geen CO2 emissie toegerekend,
omdat deze stoffen als restproduct van een productieproces worden beschouwd. In tabel 3 wordt wel
gerekend met een CO2 emissie, met name voor transport van hoogoven resp. energiecentrale naar
cementindustrie.
Duurzaam construeren met materialen
2013
32
Cementsoort volgens EN 197-1
CO2 emissie in kg
CO2/m3 cement
CO2 emissie in kg
CO2/ton cement
Portlandcement (CEM I)
Portlandslakcement (CEM II/BS)
Portlandvliegascement (CEM
II/B-V)
Hoogovencement (CEM III/A)
Hoogovencement (CEM III/B)
1.064
814
788
626
549
549
461
306
384 (440)
291 (330)
Tabel 4: CO2 emissie van in Nederland toegelaten cementsoorten; waarden () volgens Ecofys.
Uit het bovenstaande volgt dat Portlandcement (CEM I) de hoogste CO2 emissie heeft,
en Hoogovencement (CEM III) de laagste.
De CO2 uitstoot van Portlandcement wordt voor 56 % bepaald door decarbonatatie 39 van
kalksteen, 30 % door (fossiele) brandstoffen (om de cementoven op een temperatuur van
1420° te houden), 4 % door brandstoftransport, 8 % door elektriciteitsverbruik en 2 % door
andere oorzaken.
Het klinkergehalte is dus bepalend voor de totale CO2 emissie van een cementsoort, en
daarmee van beton. Beperking van het klinkergehalte ligt dan ook voor de hand. Dit kan door
toepassing van klinker vervangende bestanddelen als poederkoolvliegas (reststof die wordt
opgevangen uit de rookgassen van een poederkool gestookte elektriciteitscentrale),
hoogovenslakken (een restproduct bij de productie van staal in een hoogoven),
kalksteenmeel en gebrande leisteen.
Bedacht moet worden dat altijd klinker nodig is in cement. Hoogovenslakken moeten
alkalisch geactiveerd worden door klinkers. Poederkoolvliegas heeft kalk (via de klinkers)
nodig voor een puzzolane reactie. Klinkers zijn ook nodig om de pH-waarde van het beton te
waarborgen (alkalisch milieu voor bescherming van de wapening tegen oxidatie).
Bij een afname van het klinkergehalte zien we een afname van de beginsterkte, een afname
van de vorstbestandheid, en een toename van de temperatuurgevoeligheid van beton.
Daarom wordt geadviseerd om minimaal 20 % klinkergehalte te hanteren in een cement.
CO2 emissie van wapeningstaal
Naast de directe bestanddelen van beton is ook het wapeningstaal een belangrijke
emissiebron van CO2. Wapeningstaal wordt geproduceerd uit de halffabricaten staalstaven en
coils. Geschat wordt dat bij het verwerken van het halffabricaat 140 kg CO2/ton vrijkomt. Het
overgrote deel komt echter vrij bij de productie van de halffabricaten. Tata Steel in IJmuiden
stoot per ton staal 0,9 ton CO2 uit, terwijl bij Arcelor Gent de uitstoot het dubbele is.
Uitgegaan wordt van 1,5 ton CO2 per ton staal voor de productie, zodat de totale CO2 emissie
van wapeningstaal 1.640 kg CO2 per ton staal 40 bedraagt.
Uitgaande van gemiddeld 100 kg staal per m3 gewapend beton, bedraagt de CO2 emissie van
wapeningstaal 164 kg CO2 / m3 beton. Hierbij komt nog de CO2 emissie ten gevolge van
transport van de wapening van de leverancier naar de prefab-betonfabriek c.q. bouwplaats.
39
Decarbonatatie of calcinering is het proces waarbij CO2 vrijkomt door oxydatie van kalksteen
(CaCO3). Het broeikasgas CO2 wordt door de schoorsteen afgegeven aan de lucht. De achtergebleven
CaO verbinding wordt onderdeel van de Portlandcementklinker.
40
Andere bronnen komen tot hogere waarden, waarschijnlijk omdat men uitgaat van West-Europees
staal; Dubocalc: 1.800 kg CO2 /ton staal en Arcelor Mittal: 1.770 kg CO2 /ton staal.
Duurzaam construeren met materialen
2013
33
Deze bedraagt bij een gemiddelde transportafstand van 75 km en transport per vrachtwagen
slechts 0,100 x 75 x 0,130 = 1 kg CO2 / m3 beton. Hiermee komt de totale CO2 emissie van
wapeningstaal op: 165 kg CO2 /m3 beton.
CO2 emissie bij transport van cement, zand en grind
Daarnaast hebben we nog te maken met de emissies bij het transport van grondstoffen.
Voor de transportafstanden van de grondstoffen naar de fabrikant houden we een gemiddelde
afstand aan van 50 km voor zand en grind, en 100 km voor cement 41.
Zand, grind en cement worden als bulk getransporteerd.
Voor de CO2 emissie bij transport kan tabel 5 worden aangehouden.
Transportmiddel
Vrachtwagen > 20 ton, non bulk goederen
Vrachtwagen > 20 ton, bulk goederen
Binnenvaart 1350 ton non bulk goederen
Binnenvaart 5500 ton non bulk goederen
Zeevaart, bulk goederen
CO2 emissie in kg CO2 / ton.km 42
0,130
0,110
0,060
0,030
0,085
Tabel 5: CO2 emissie bij transport van grondstoffen.
Uitgaande van de betonsamenstelling volgens tabel 6 moet voor 1 m3 beton getransporteerd
worden:
- 0,300 ton cement à 100 km à 0,13 kg CO2 / ton.km = 3,9 kg CO2
- 2,000 ton zand en grind à 50 km à 0,13 kg CO2 / ton.km = 13,0 kg CO2,
Dat wil zeggen totaal 17 kg CO2/m3 beton moet gerekend worden om het transport van
cement, zand en grind naar de fabrikant te verdisconteren. De bijdrage van het transport aan
de milieubelasting van de cement- en betonketen is dus beperkt. De cementindustrie is
vooral gelegen aan waterwegen, zodat bulkmaterialen (zand, grind en cement) ook per schip
kunnen worden aangevoerd, waarmee de milieueffecten nog verder beperkt worden.
CO2 emissie van betonmortel
Het is duidelijk dat we niet kunnen spreken over dè CO2 uitstoot van een m3 betonmortel,
zonder de mengselsamenstelling te kennen. Deze verschilt per toepassing en wordt o.a.
bepaald door eisen ten aanzien van het uiterlijk, de milieuklasse, de vloeibaarheid en de
sterkteklasse.
Als voorbeeld bepalen we de CO2 uitstoot van een m3 betonmortel van een bepaalde
samenstelling (zie tabel 6).
41
Deze afstanden gelden voor winning en productie in Nederland. Indien we niet zeker zijn waar
productie en winning plaatsvindt, dienen grotere afstanden te worden aangehouden, bijv. cement per
vrachtwagen over 180 km, grind per schip over 150 km, en zand per schip over 60 km.
42
SKAO conversiefactoren
Duurzaam construeren met materialen
2013
34
Grondstof
Hoeveelheid
grondstof in kg
CEM III/A
Zand
Grind
Water
Totaal
300
750
1.250
150
2.450 kg
Hoeveelheid
grondstof in
m3
0,250
0,556
0,781
0,150
1,000 43
Soortelijke
massa in
kg/m3
CO2 emissie
in kg CO2
per m3
grondstof
1.200
1.350
1.600
1.000
461
4,6
4,3
0,3
Totale CO2
emissie in
kg CO2 per
m3
betonmortel
115,3
2,6
3,4
0,045
121,3
Tabel 6: CO2 emissie van een m3 betonmortel bij de gegeven betonsamenstelling, uitgaande
van Hoogovencement CEM III/A.
Het aandeel van cement in de CO2 emissie van de betonmortel bedraagt dus 115,3/121,3 =
95%. De CO2 emissie van betonmortel wordt dus vrijwel volledig bepaald door het cement.
Op vergelijkbare wijze kunnen we de CO2 emissie van een m3 betonmortel bepalen bij
toepassing van andere cementsoorten en overigens gelijkblijvende samenstelling. Dit leidt tot
tabel 7.
Cementsoort
Totale CO2 emissie in
kg CO2 per m3
betonmortel
CEM I Portlandcement
CEM II / B-S
Portlandslakcement
CEM II / B-V
Portlandvliegascement
CEM III/A Hoogovencement
CEM III/B Hoogovencement
272
210
143
121
83
Tabel 7: CO2 emissie in kg CO2 van een m3 betonmortel
afhankelijk van de toegepaste cementsoort.
4.2.
Productie van beton
Bij de productie van beton moeten we onderscheid maken tussen prefab beton en in het werk
gestort beton.
Bij prefab beton bestaat de productieketen uit: (1) winning grondstoffen op locaties waar
deze te vinden zijn, (2) transport grondstoffen naar de prefab-fabriek, (3) mengen van de
grondstoffen tot betonmortel, (4) storten van betonmortel in mallen of bekistingen, (5)
ontkisten, (6) transport prefab betonnen elementen naar de bouwplaats, (7) transport en
montage op de bouwplaats.
Bij in het werk gestort beton bestaat de productieketen uit: (1) winning grondstoffen op
locaties waar deze te vinden zijn, (2) transport grondstoffen naar de betoncentrale, (3)
43
NB Bovenstaande hoeveelheden grondstoffen leveren 1,000 m3 betonmortel.
Duurzaam construeren met materialen
2013
35
mengen van de grondstoffen tot betonmortel, (4) transport betonmortel naar de bouwplaats,
(5) storten van betonmortel in bekistingen, (6) nabehandeling en (7) ontkisten.
De CO2 emissie die hoort bij de productie van betonmortel in de betoncentrale resp. de
betonproductie in de prefab-fabriek is aangegeven in tabel 8.
Productietype
CO2 emissie
10 kg CO2 / m3 beton
18 kg CO2 / m3 beton 44
Betonmortel productie in betoncentrale
Beton productie in prefab-fabriek
Tabel 8: CO2 emissie bij beton(mortel) productie. 45
4.3.
CO2 emissie van een m3 prefab beton
Voor de productie van beton in een prefab-fabriek komen we tot de volgende CO2 emissie,
afhankelijk van de toegepaste cementsoort:
Cementsoort
CEM I
Portlandcement
CEM II / B-S
Portlandslakcement
CEM II / B-V
Portlandvliegascement
CEM III/A
Hoogovencement
CEM III/B
Hoogovencement
Transport
grondstoff
en
Betonmor
tel
Producti
e in
prefabfabriek
Totaal
kg CO2
Vergelijking
met opgave
Van Boekel
17
272
18
307
(308)
17
210
18
245
(225)
17
143
18
178
-
17
121
18
156
(148)
17
83
18
118
(113)
Tabel 9: Totale CO2 emissie in kg CO2 van een m3 ongewapend prefab beton, afhankelijk van
de toegepaste cementsoort.
De ‘cradle-to-site’ CO2 emissie van een m3 prefab beton, afhankelijk van de toegepaste
cementsoort, kan nu bepaald worden voor ongewapend (tabel 9) en gewapend (tabel 10)
beton.
CO2 emissie transport prefab beton naar bouwplaats
Voor de CO2 emissie bij het transport van 1 m3 prefab betonnen elementen (gewicht 2,4 ton)
naar de bouwplaats kan bij een gemiddelde transportafstand van 75 km een waarde van: 2,4
x 0,130 x 75 = 23 kg CO2 per m3 beton worden aangehouden.
44
De CO2 emissie in een prefab-fabriek is hoger, omdat daar volledige elementen worden gemaakt. Uit
andere bronnen kan worden opgemaakt dat de gemiddelde waarde 30 kg CO2 / m3 beton bedraagt.
45
Ontleend aan rapport Strukton scope 3 beton d.d. 5 mei 2011.
Duurzaam construeren met materialen
2013
36
Afb. Dieplader met prefab beton platen
CO2 emissie montage prefab beton op de bouwplaats
Voor de CO2 emissie bij het monteren van 1 m3 prefab beton kan een arbitraire waarde van
10 kg CO2 per m3 beton worden aangehouden.
Cementsoort
CEM I
Portlandcement
CEM II / B-S
Portlandslakcement
CEM II / B-V
Portlandvliegasceme
nt
CEM III/A
Hoogovencement
CEM III/B
Hoogovencement
Transport
grondstoffe
n
Betonmort
el
Producti
e in
prefabfabriek
Transport
naar
bouwplaat
s
Montage
op
bouwplaat
s
Totaa
l kg
CO2
17
272
18
23
10
340
17
210
18
23
10
278
17
143
18
23
10
211
17
121
18
23
10
189
17
83
18
23
10
151
Tabel 9a: Totale CO2 emissie (‘cradle-to-site’) in kg CO2 van een m3 ongewapend prefab
beton, afhankelijk van de toegepaste cementsoort.
Ter vergelijking: voor betonstraatstenen en betonbuizen, beiden van ongewapend beton, is
berekend dat de CO2 emissie 246 kg CO2 / m3 beton bedraagt.
Voor gewapend prefab beton geldt tabel 10:
Duurzaam construeren met materialen
2013
37
Cementsoort
CEM I
Portlandcement
CEM II / B-S
Portlandslakcement
CEM II / B-V
Portlandvliegascem
ent
CEM III/A
Hoogovencement
CEM III/B
Hoogovencement
Transport
grondstoff
en
Betonmengs
el
Productie
in
betonfabri
ek
Transport
naar en
montage
op de
bouwplaa
ts
Wapening
Tota
al kg
CO2
17
272
18
33
165
505
17
210
18
33
165
443
17
143
18
33
165
376
17
121
18
33
165
354
17
83
18
33
165
316
46
Tabel 10: Totale CO2 emissie (‘cradle-to-site’) in kg van een m3 gewapend prefab beton,
afhankelijk van de toegepaste cementsoort.
Bij toepassing van prefabbeton moeten we rekening houden met de benodigde energie voor
transport en hijscapaciteit op de bouwplaats. Beperking van het gewicht van de elementen en
een betonfabriek kiezen die niet ver verwijderd is van de bouwplaats is daarbij gunstig.
4.4.
CO2 emissie van een m3 ter plaatse gestort beton
CO2 emissie transport betonmortel naar bouwplaats
Voor de CO2 emissie bij het transport van 1 m3 betonmortel (gewicht 2,4 ton) naar de
bouwplaats kan bij een gemiddelde transportafstand van 75 km een waarde van 2,4 x 75 x
0,13 = 23 kg CO2 per m3 beton worden aangehouden. Het transport van betonmortel levert
dus maar een beperkte bijdrage aan de CO2 emissie.
Afb. betonmixer
46
Uitgaande van 100 kg wapening per m3 beton (164 kg CO2) en een gemiddelde transportafstand van
50 km naar de bouwplaats per vrachtwagen à 0,13 kg CO2 / ton.km = 1 kg CO2 (afgerond).
Duurzaam construeren met materialen
2013
38
CO2 emissie productie beton op de bouwplaats
Voor de CO2 emissie bij de productie van beton op de bouwplaats wordt een arbitraire waarde
van 20 kg CO2 per m3 beton aangehouden. Hierin is verdisconteerd transport- en
hijswerktuigen op de bouwplaats, en het bekisten en ontkisten van de betonconstructie.
Afb. beton stort op de bouwplaats
Voor de totale CO2 emissie van in het werk gestort gewapend beton (‘cradle-to-site’) kan
tabel 11 worden aangehouden. Hierbij is uitgegaan van een betonsamenstelling volgens tabel
5 (dat wil zeggen 300 kg cement per m3 beton). Alleen gewapend beton wordt in
beschouwing genomen.
Cementsoort
CEM I
Portlandcement
CEM II/B-S
Portlandslakcement
CEM II/B-V
Portlandvliegascement
CEM III/A
Hoogovencement
CEM III/B
Hoogovencement
Transpo
rt
grondstoffen
Betonmortel
Transport
naar
bouwplaa
ts
Productie
op
bouwplaa
ts
Wapening
Totaa
l kg
CO2
17
272
23
20
165
497
17
210
23
20
165
435
17
143
23
20
165
368
17
121
23
20
165
346
17
83
23
20
165
308
47
Tabel 11: Totale CO2 emissie (‘cradle-to-site’) in kg van een m3 in het werk gestort gewapend
beton, afhankelijk van de toegepaste cementsoort.
4.5.
MRPI blad voor betonmortel
48
47
Uitgaande van 100 kg wapening per m3 beton (164 kg CO2) en een gemiddelde transportafstand van
50 km naar de bouwplaats per vrachtwagen à 0,13 kg CO2 / ton.km = 1 kg CO2.
48
De MRPI-bladen voor betonmortel zijn uitgewerkt in vier bladen, waarvan één voor
betonmortel en drie voor de functionele eenheden fundering, vloer en wanden.
Duurzaam construeren met materialen
2013
39
In opdracht van de VOBN (Vereniging van Ondernemingen van Betonmortelfabrikanten in
Nederland) is door de Stichting MRPI een blad met milieu relevante product informatie voor
betonmortel opgesteld. Dit betreft betonmortel geproduceerd door de leden van de VOBN
voor toepassing in Nederland.
Hierbij zijn waarden opgegeven voor twee sterkteklassen (C20/25 en C30/37), beiden
uitgaande van milieuklasse XC1 en consistentieklasse S3.
Bij de bepaling van de milieueffecten is uitgegaan van een gegeven betonsamenstelling, met
toepassing van Hoogovencement CEM III. Niet aangegeven is welke cement (A, B of C) is
aangehouden, maar vermoed wordt dat dit CEM III/B zal zijn.
Voor betonsoort C30/37 met 330 kg CEM III/B, 1.070 kg riviergrind, 750 kg rivierzand en
175 liter water, wordt een CO2 emissie (‘cradle-to-gate’) van 131 kg CO2 /m3 betonmortel
gegeven.
Wanneer we de CO2 emissie van CEM III/B aanhouden volgens tabel 4 (291), voor grind 4,3,
zand 4,6 en water 0,3, dan vinden we een totale CO2 emissie van deze betonmortel:
330/1.050 x 291 + 1.070/1.600 x 4,3 + 750/1.350 x 4,6 + 175/1.000 x 0,3 = 97 kg CO2
/ m3 betonmortel. Deze waarde komt niet overeen met de waarde volgens het MRPI blad,
echter in de hier berekende waarde is nog niet meegenomen het transport van de
grondstoffen (17 kg CO2 / m3 betonmortel) en de productie van de betonmortel in de
betoncentrale (10 kg CO2 / m3 betonmortel). Hierdoor komt de totale CO2 emissie uit op 97 +
17 + 10 = 124 kg CO2 / m3 betonmortel.
Niet nader wordt gespecificeerd uit welke deelwaarden de totale waarde van 131 bestaat.
Alleen is aangegeven dat niet inbegrepen zijn in de waarde van 131:
- transport van betonmortel naar bouwplaats;
- aanbrengen in het werk: verwerken van de betonmortel;
- gebruiksfase (gebruik, onderhoud en vervangingen);
- sloop;
- afvalverwerking (recycling) van beton aan het einde van de levenscyclus.
4.6.
Levert de carbonatatie van beton nog een positieve bijdrage?
Bij betonvlakken die blootgesteld zijn aan de buitenlucht treedt carbonatatie op. De in de
lucht aanwezige CO2 dringt in de poriën, en reageert daar met vrije kalk (Ca(OH)2) tot
kalksteen (CaCO3) en water, volgens de chemische reactie:
Ca(OH)2 + CO2 -› CaCO3 + H2O.
De snelheid waarmee dit gebeurt bedraagt: 0,634 gram/m3 beton/m2 oppervlak/jaar.
De carbonatatie diepte bedraagt ca. 2 mm/jaar.
Een betonoppervlak van 100 m2 neemt per jaar dus 0,634 x 0,002 x 100 = 0,12 gram CO2
op. Dit is een te verwaarlozen hoeveelheid.
De carbonatatie van beton levert dus geen relevante bijdrage aan de beperking van de totale
CO2 emissie van betonconstructies.
4.7.
Levert betongranulaat nog een positieve bijdrage?
Betongranulaat wordt niet alleen gebruikt als ongebonden funderingsmateriaal in de
wegenbouw, maar ook als secundair toeslagmateriaal in nieuw beton.
Duurzaam construeren met materialen
2013
40
Het toepassen van betongranulaat als grindvervangend materiaal zorgt voor een gesloten
kringloop waardoor het gebruik van (eindige) primaire grondstoffen (grind) kan worden
gereduceerd, de vorming van nieuwe winplassen beperkt kan worden en ook nog een
bijdrage aan het terugdringen van de hoeveelheid bouwafval wordt geleverd.
Bovendien zorgt het verminderen van de afvoer van sloopafval/de aanvoer van zand en grind
van verdere locaties, voor een aanzienlijke reductie in kilometers. Tot slot leiden hergebruik
van grondstoffen en een slim transportbeleid ook nog eens tot een betere luchtkwaliteit
(verminderde uitstoot van fijnstof, NOx en SO2).
De bijdrage van grind aan de CO2 emissie van beton is echter beperkt (ca. 12 kg CO2 per m3
betonmortel, d.w.z. minder dan 10%), waardoor de reductie van de CO2 emissie van
betonconstructies door het gebruik van betongranulaat ook beperkt is.
Daar komt bij dat de kwaliteit van beton afneemt door het gebruik van betongranulaat. Dit is
de reden waarom aan de hoeveelheid betongranulaat die toegepast mag worden in
constructief beton een maximum wordt gesteld (20%). Verder moet er meer cement aan het
betonmengsel worden toegevoegd om het betongranulaat te binden met de andere
grondstoffen.
Het MRPI blad ‘betonmortel’ geeft het effect aan van toepassing van betongranulaat op de
CO2 emissie. Deze is in onderstaande tabel 12 samengevat.
Betongranulaat in % >
Sterkteklasse
C20/25
C30/37
0%
20%
50%
100%
116
131
117
133
119
135
120
136
Tabel 12: CO2 emissie van betonmortel in kg CO2 per m3 betonmortel volgens MRPI blad d.d.
21 augustus 2012, voor twee sterkteklassen van beton, en met een variabel percentage
betongranulaat.
Uit tabel 12 valt op te maken dat een hogere sterkteklasse een toename van de CO2 emissie
betekent (in dit geval van 13 %). Het hogere cementgehalte is hier de oorzaak van.
Toepassing van betongranulaat leidt tot een lichte verhoging van de CO2 emissie, doordat
een hoger cementgehalte nodig is voor de binding van betongranulaat. Dit wordt niet
volledig gecompenseerd door de reductie van de CO2 emissie door vervanging van grind.
In plaats van betongranulaat kan ook AEC-granulaat worden toegepast. Dit is bewerkte
bodem-as die vrijkomt bij het verbrandingsproces in Afval- en Energie Centrales (AEC).
Voor de toepassing van AEC-granulaat is CUR-Aanbeveling 116 opgesteld 49. Hierin wordt
aangegeven dat in gewapend beton tot en met sterkteklasse C30/37, maximaal 20%V/V van
het grind òf van het zand en grind vervangen mag worden door overeenkomstige fracties
AEC-granulaat. In ongewapend beton mag dit vervangingspercentage maximaal 50%V/V zijn.
Toepassing bij voorgespannen beton, en bij milieuklassen XA2 en XA3 is niet toegestaan.
4.8.
49
Levert een zeer hoge betonsterkte (ZHSB en UHSB) nog een positieve
bijdrage?
CUR-Aanbeveling 116 (2012): ‘AEC-granulaat als toeslagmateriaal voor beton’
Duurzaam construeren met materialen
2013
41
Een hogere betonsterkte wordt verkregen door de betonsamenstelling op de volgende wijze
aan te passen:
- hoger cementgehalte,
- lage water-cementfactor (0,30 – 0,35),
- hoge dosering hulpstoffen (waaronder superplastificeerders),
- toevoeging silica fume,
- kleinere korrelgrootte van het ‘grove’ toeslagmateriaal.
Op deze wijze kan Zeer Hoge Sterkte Beton (ZHSB) met een betonsterkte van 105 – 150 MPa
verkregen worden. Door de grove toeslagmaterialen helemaal weg te laten, een deel van het
zand te vervangen door kwartspoeder (korrelgrootte < 800 μm) en staalvezels tegen de
brosheid toe te voegen, kan Ultra Hoge Sterkte Beton (UHSB) verkregen worden met een
betonsterkte van 150 – 200 MPa.
De wijzigingen in de betonsamenstelling en de invloed daarvan op de CO2 emissie van een
kubieke meter betonmortel bij toenemende betonsterkte is weergegeven in onderstaande
tabel 13.
Cement CEM I
Zand (0-2 mm)
Toeslag 2-8 mm
Toeslag 8-16 mm
Kwartspoeder
Silica fume
Water
Staalvezels
Soortelijke massa
betonmortel in kg
per m3
CO2 emissie 50 in
kg CO2 per m3
betonmortel
B35
(C30/37)
300
750
1250
B65
(C55/67)
360
790
1110
B200
(Ductal)
710
1020
-
145
2405
B115
(C100/115)
450
661
358
768
45
128
2410
150
2450
248
297
371
782
210
230
140
100
2410
Tabel 13: CO2 emissie van een m3 betonmortel bij toenemende betonsterkteklasse
Een hogere betonsterkteklasse betekent dus een hogere CO2 emissie per m3 betonmortel.
Door gebruik te maken van de hogere betonsterkte bij de dimensionering van constructieelementen kan er slanker geconstrueerd worden, en wordt de milieubelasting per saldo lager.
Dit geldt echter alleen voor op druk belaste constructie-elementen. Bij op buiging belaste
constructie-elementen (balken en vloeren) geldt dat een hogere betonsterkte nauwelijks
reductie van de dimensies en buigwapening geeft, maar wel een hoger cementgehalte, en
dus een hogere milieubelasting.
We moeten ons realiseren dat de toename van betonsterkte vooral betrekking heeft op de
druksterkte. De buigtreksterkte en de elasticiteitsmodulus nemen niet evenredig toe met de
druksterkte. Dit betekent voor massieve ronde drukstaven dat bij toepassing van
50
Uitgaande van de volgende waarden voor de CO2 emissie in kg CO2 per kg bestanddeel:
cement CEM I (0,820), betonzand (0,0012), riviergrind (0,0011), silica fume (0,0052),
staalvezels (1,900), water (0,00034) en kwartspoeder (0,032).
Duurzaam construeren met materialen
2013
42
betonsterkte C100/115 (ZHSB) in plaats van C50/60 de netto doorsnede niet gehalveerd kan
worden, omdat de knikstabiliteit van de drukstaaf bepalend wordt voor de dimensie. Met
andere woorden: de slankheid van massieve ZHSB staven wordt beperkt door de (relatief)
lage waarde van de elasticiteitsmodulus.
Naast de CO2 emissie speelt ook de mogelijkheid tot recycling een rol. Nadeel van
staalvezelgewapend ZHSB en UHSB is dat de vezels (nog) niet uit het materiaal gehaald
kunnen worden, waardoor dit niet hergebruikt kan worden. Ook puingranulaat kan niet
toegepast worden in nieuw ZHSB en UHSB.
Voorbeeldprojecten:
De Folly Zonnestraal in Hilversum is uitgevoerd in UHSB (druksterkte 180 MPa). De
uitkragende dakplaat (9 x 9 meter) weegt 40 kN. Uitgevoerd in traditioneel beton
(druksterkte 35 MPa) zou dezelfde dakplaat 260 kN wegen. De CO2 emissie in UHSB bedraagt
(40/24,1) x 782 = 1.298 kg, terwijl voor B35 de CO2 uitstoot (260/24,5) x 248 = 2.632 kg
bedraagt, d.w.z. meer dan het dubbele. Bij dit project is dus optimaal gebruikt gemaakt van
de hogere sterkte van UHSB.
De Gooise brug in Vleuten de Meern is uitgevoerd in voorgespannen ZHSB (druksterkte 135
MPa). De brug heeft een overspanning van 20 meter, een brugdek met een breedte van 1,6
meter, en weegt volgens opgave 290 kN. Totaal is 12 m3 beton gebruikt.
Zou deze brug uitgevoerd worden met prefab betonnen voorgespannen brugliggers
(druksterkte 65 MPa), dan zouden hiervoor twee kokerliggers met een hoogte van 850 mm
en een wanddikte van 125 mm nodig zijn. Totaal 11 m3 beton.
De CO2 uitstoot van de brug in ZHSB bedraagt ca. 12 x 198 = 2376 kg CO2, terwijl deze voor
de prefab brugliggers in B65: 11 x 297 = 3267 kg CO2 bedraagt. Bij de prefab brugliggers
wordt uitgegaan van CEM I. Bij de brug in ZHSB is gebruik gemaakt van CEM III A – 52,5
met een CO2 uitstoot van 0,435 kg CO2 per kg cement, waardoor de totale CO2 uitstoot per
m3 betonmortel beperkt kon worden tot 198 kg CO2.
In beide gevallen is de bijdrage van de voorspanning buiten beschouwing gelaten.
4.9.
Levert een holle vloer nog een positieve bijdrage?
Betonvloeren voorzien van holle ruimten zorgen voor een materiaalbesparing en een
bijbehorende gewichtsreductie. De vraag is of de milieubelasting van holle vloeren ook
minder is dan van massieve vloeren. Om hierover inzicht te krijgen is een vergelijking op het
niveau van een functionele eenheid nodig. We kiezen voor een verdiepingsvloer in de
woningbouw met een overspanning van 7,2 meter, en vergelijken de CO2 uitstoot per m2
vloer voor de volgende vloersystemen:
- klimaatvloer: geprefabriceerde vloer voorzien van holle kanalen en voorgespannen
wapening, waarbij de naden tussen de vloerelementen worden gevuld met een
cementmortel;
- kanaalplaatvloer incl. druklaag: geprefabriceerde vloer voorzien van holle kanalen en
voorgespannen wapening, waarbij de naden tussen de vloerelementen worden gevuld met
een cementmortel;
Duurzaam construeren met materialen
2013
43
- Airdeck vloer: in het werk gestorte betonvloer met polypropyleen gewicht besparende
elementen in een raster van 300 x 300 mm op een geprefabriceerde bekistingsplaat (70
mm);
- Bollenplaatvloer: in het werk gestorte betonvloer met HDPE bollen 51 van 225 mm in een
raster van 250 x 250 mm op een geprefabriceerde bekistingsplaat (70 mm);
- Slimlinevloer (voorheen: Infra+vloer): geprefabriceerde vloer, bestaande uit een 70 mm
dikke betonplaat met daarop aan de bovenzijde aangebrachte stalen profielen (IPE 270,
h.o.h. 750 mm), met daarbovenop een flexibele topvloer (vuren multiplex).
Verdiepingsvloeren excl.
dekvloer en
vloerbedekking 52
Kanaalplaatvloer incl.
druklaag
Airdeck vloer
Dikte
260
Hoeveelheid
beton in
kg/m2
376
Hoeveelheid
wapening in
kg/m2
7,7
Hoeveelheid
cementmortel (c) of
kunststof in kg/m2
144 (c)
CO2 uitstoot
in kg CO2
eq. per m2
91
390
642
7,8
3,7 (PP)
103
Slimline vloer (Infra+
vloer)
Bekistingplaatvloer
330
168
48 (IPE)
9 (multiplex)
107
230
552
27,4
-
113
Ter plaatse gestorte
betonvloer
Bollenplaatvloer
300
720
15,0
-
118
280
492
28,7
3,7 (HDPE)
123
Tabel 14: CO2 emissie in kg CO2 eq. van een m2 verdiepingsvloer met een overspanning van
7,20 meter.
We concluderen uit tabel 14 dat t.o.v. een massieve ter plaatse gestorte betonvloer resp. een
bekistingplaatvloer, de holle kanaalplaatvloer, Airdeck vloer en Slimline vloer een lagere CO2
uitstoot per m2 hebben. Alleen de Bollenplaatvloer heeft een net iets hogere CO2 uitstoot.
Kijken we naar de totale milieukosten dan scoren de Bollenplaatvloer en de Slimline vloer
met € 13,17 per m2 net iets hoger dan de ter plaatse gestorte betonvloer (€ 12,74 per m2).
De Airdeck vloer (€ 10,67 per m2) en de kanaalplaatvloer (€ 9,28 per m2) liggen daar
duidelijk onder.
4.10. Kan de kringloop van beton gesloten worden?
We kunnen spreken van een gesloten kringloop van beton wanneer het materiaal beton als
enige en volwaardige grondstof kan dienen voor de productie van klinker. Op die manier
wordt het verbruik aan natuurlijke grondstoffen bij de productie van klinker
(kalksteen/mergel, zand en klei) sterk gereduceerd, krijgt het sloopafval integraal een
volwaardige bestemming en zal de CO2 emissie worden gereduceerd.
Door de Universiteit Gent is onderzoek 53 gedaan naar het gedrag van volledig recyclebare
betonmengsels. Het onderzoek toonde aan dat volledig recyclebaar beton niet enkel een
theoretisch concept, maar ook een praktisch realiseerbare oplossing biedt tegen de hoge
milieubelasting die de bouwsector teweegbrengt.
51
52
53
HDPE van gerecycled materiaal
Bron: NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten, Draagconstructies, 2012.
Zie Cement online 2011-2: “Volledig recyclebaar beton”
Duurzaam construeren met materialen
2013
44
Door slim te breken kan de materiaalkringloop van beton gesloten worden. De kunst is om
beton weer te scheiden in zijn samenstellende materialen zand, grind en cement, met zo min
mogelijk beschadiging van het granulaat. Met de nieuw ontwikkelde ‘smart crusher’ 54 kan
gebroken materiaal worden hergebruikt zonder kwaliteitsverlies. Dat geldt zowel voor de
toeslagmaterialen (zand en grind), als voor de cementsteen. De cementsteen kan opnieuw
een bindmiddelfunctie vervullen in beton.
Naar verwachting zal de machine medio 2013 operationeel zijn bij VAR bv te Wilp. Hiermee
wordt een nieuwe fase ingezet in de recycling van beton.
Een andere ontwikkeling die hier genoemd moet worden is Advanced Dry Recovery 55
(ADR). Het gaat hier om een nieuwe technologie, ontwikkeld in het Recycling- lab van de TU
Delft. Gebruikelijk is dat granulaat gewassen wordt om het geschikt te maken voor gebruik in
nieuw beton. Daarbij wordt echter een dure slibfractie geproduceerd. Het gevolg is dat
gewassen betongranulaat niet concurrerend is met grind gewonnen uit rivieren. Met de ADR
technologie wordt vochtig granulaat van 0-16 mm ontdaan van de 0-1 mm fractie.
Tegelijkertijd worden ook de lichte vervuilingen sterk gereduceerd.
4.11. Milieuvriendelijke cementen
Het meest toegepaste cement in de wereld is Portlandcement, gemaakt van gemalen
Portlandklinker. Van Portlandcement een CO2-neutrale cement maken is een illusie.
De CO2 uitstoot bij de productie van Portlandklinker heeft allereerst te maken met de
omzetting van CaCO3 (kalksteen) in CaO (vrije kalk), waarbij CO2 vrijkomt (0,45 ton CO2 per
ton Portlandcement). De vorming van CO2 tijdens het productieproces is dus inherent aan
deze omzetting, waarvoor geen alternatief is.
Anderzijds hebben we te maken met het verwarmen van de klinkeroven tijdens het branden
van de kalksteen.
Door het optimaliseren van het brandstofpakket en het minimaliseren van warmteverliezen
kan het gebruik van primaire brandstoffen zoveel mogelijk beperkt worden. De cementoven
van ENCI in Maastricht draait op dit moment bijna geheel (89%) op secundaire brandstoffen,
en is daarmee koploper in de wereld.
Verdere reductie van de CO2 uitstoot bij de productie van cement wordt bereikt door het
verlagen van de oventemperatuur tot 900 °C, dat wil zeggen 30% lager dan de gebruikelijke
temperatuur van ca. 1400 °C. Hierbij wordt in plaats van tricalciumsilicaat (C3S) het
eveneens hydraterende dicalciumsilicaat (C2S) of Belite gevormd. Het Franse bedrijf Lafage
ontwikkelt het cement Aether®, waarvan de productie een 25-30% lagere CO2 uitstoot heeft
vergeleken met Portlandcement. In 2014 introduceert Lafage dit cement op de markt. De
doelstelling van Lafage is om in 2020 een reductie van 33% te hebben bereikt. De
sterkteontwikkeling in de verhardingsfase is bij Aether® echter wel minder dan bij
Portlandcement, maar dit hoeft niet altijd een probleem te zijn.
Een volgende stap is het vervangen van Portlandklinker in cement door puzzolane materialen
als hoogovenslak en (poederkool)vliegas. We spreken dan van composietcementen. Deze
54
Zie artikel “Slim breken sluit materiaalkringloop” in Cement nr. 4 / 2013, M. Florea en J.
Brouwers.
55
Zie artikel Cement Online 2011.
Duurzaam construeren met materialen
2013
45
leveren direct een evenredige besparing op de CO2 uitstoot op. Materialen als hoogovenslak
en vliegas zijn echter latent hydraulisch, en hebben portlandcement nodig om geactiveerd te
worden. Composietcementen moeten daartoe minimaal 20% portlandcement bevatten.
Op kleinere schaal wordt er in de wereld onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van
milieuvriendelijke cementen, zonder gebruik van Portlandklinker. Voor al deze cementen
geldt dat de CO2 uitstoot bij de productie sterk gereduceerd wordt, tot zelfs negatief wordt
(absorptie van CO2).
Enkele voorbeelden hiervan zijn:
Geopolymeren: hierbij wordt vliegas (of soms hoogovenslak) toegepast, in combinatie met
een alkali-activator. Bij verharding ontstaat een netwerk van aluminium-silicaten. Vanwege
de analogie met koolstofketens in polymeren wordt hier gesproken over ‘geopolymeren’. De
eigenschappen van geopolymeer beton zijn vergelijkbaar of zelfs beter dan van ‘traditioneel’
beton. De CO2 emissie van geopolymeer beton op basis van alleen het bindmiddel bedraagt
86 kg CO2 per m3 beton (vergelijk CEM III/A met 156 kg CO2, zie tabel 9).
De geopolymeren bevinden zich nog in de opschalingsfase (bijv. ASCEM-cement).
Het Australische bedrijf Calix maakt cement via catalytic flash calcination, waarbij het
koolstofdioxide wordt opgesloten in het product, en dus niet vrijkomt. Dit bedrijf heeft in
2012 het door het Britse Novacem ontwikkelde proces overgenomen, waarin
calciumcarbonaat wordt vervangen door magnesiumsilicaat.
De voordelen van Novacem zijn dat de benodigde grondstoffen oneindig voorradig zijn, het
productieproces bij lage temperaturen plaatsvindt en er geen CO2 uitstoot van grondstoffen
is. Per m3 beton vindt er zelfs een absorptie van 125 kg CO2 plaats!
Nadeel is echter dat het om een kostbaar productieproces gaat, en dat de energiekosten voor
het malen van de grondstoffen hoog zijn.
Het Amerikaanse bedrijf Calera heeft een proefinstallatie gebouwd in Californië, voor de
productie van calciumcarbonaatcement. De installatie is niet langer in gebruik, omdat het
proces financieel te kostbaar is. De gedachte achter de productie van
calciumcarbonaatcement door Calera is echter interessant. Door koolzuurgas door een
vloeistof te leiden waarin grote hoeveelheden Ca2- en Mg2- ionen aanwezig zijn, ontstaan
kalksteen (CaCO3) en dolomiet (magnesium/calcium carbonaat). Het koolzuurgas wordt op
deze wijze chemisch gebonden. Het gevormde kalksteen wordt gebruikt voor de productie
van cement, waarbij het gebonden CO2 weer vrijkomt, maar hergebruikt wordt in het proces.
Een verdere winst wordt bereikt doordat men het calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat
ook in grote brokken kan produceren, die gebruikt kunnen worden als fijne en grove
toeslagmaterialen. Hierdoor claimt men uiteindelijk 680 kg CO2 per m3 beton te kunnen
vastleggen, in plaats van 307 kg CO2 per m3 beton te hebben uitgestoten bij gebruik van
Portlandcement CEM I (zie tabel 9).
Holcim ontwikkelde Cemroc®, een supersulfaat geactiveerd cement, dat bestaat uit een
mengsel van gemalen gegranuleerde hoogovenslakken en calciumsulfaat. Holcim claimt een
lage CO2 uitstoot bij de productie van Cemroc®, in vergelijking met Portlandcement zelfs 95%
minder. Beton gemaakt met dit cement is zeer resistent tegen chemische aantasting en bezit
een grote fysieke duurzaamheid.
Duurzaam construeren met materialen
2013
46
Orcem bv produceert Eco2cem, een latent hydraulisch bindmiddel op basis van gemalen
gegranuleerde hoogovenslak. Het bestaat uit bewerkte secundaire materialen die vrijkomen
bij de productie van staal. Meestal wordt Eco2cem in combinatie met cement als bindmiddel
gebruikt. Het kan daarbij tot 80% Portlandcement vervangen bij de productie van
constructief beton. Eco2cem heeft een uitstoot van 42 kg CO2 per ton, waarvan 37 bij de
productie en 5 bij het transport naar de betoncentrale.
De HeidelbergCement Groep heeft een klinker ontwikkeld op basis van ternesiet (een blauw
calciumsulfosilicaat). Door zijn chemische samenstelling en de (150 à 200 °C) lagere
oventemperatuur genereert deze nieuwe klinker tot 30% minder CO2 uitstoot bij de productie
dan “gewoon” Portlandcement.
4.12. Reductie van de CO2 uitstoot van betonconstructies
De CO2 uitstoot van betonconstructies kan op de volgende wijzen worden gereduceerd:
1. Beperking van het cementgehalte
Het minimaal vereiste cementgehalte / bindmiddelgehalte en de maximale watercement-factor (WCF) worden bepaald door de milieuklasse.
De milieuklasse wordt bepaald door de omgeving waarin het beton wordt toegepast,
en de invloed daarvan op (gewapend) beton. We onderscheiden (1) geen risico op
corrosie of aantasting, (2) corrosie ingeleid door carbonatatie, (3) corrosie ingeleid
door chloriden anders dan afkomstig uit zeewater, (4) corrosie ingeleid door chloriden
afkomstig uit zeewater, (5) aantasting door vorst/dooi-wisselingen met of zonder
dooizouten en (6) chemische aantasting.
Voor gewapend beton dat alleen is blootgesteld aan lucht en vocht, geldt milieuklasse
XC1 t/m XC4, volgens onderstaande tabel 15.
Milieuklasse 56
Omschrijving
XC1
Minimaal
vereist
cementgehalte
(kg/m3 beton)
260
Maximale
watercementfactor
0,65
Droog of
blijvend nat
XC2
Nat, zelden
280
droog (bijv.
funderingen)
XC3
Matige
280
vochtigheid
XC4
Wisselend nat
300
en droog
Tabel 15: Minimaal vereist cementgehalte en maximale
afhankelijk van de milieuklasse.
Indicatie
sterkteklasse
C20/25
0,60
C25/30
0,55
C30/37
0,50
C30/37
water-cementfactor
De constructeur zal bij het ontwerp van een betonconstructie niet alleen de
betonsterkteklassen moeten bepalen, maar gelijktijdig ook de milieuklassen die van
56
Milieuklassen volgens NEN-EN 206-1
Duurzaam construeren met materialen
2013
47
toepassing zijn voor de verschillende onderdelen van de betonconstructie. De
milieuklasse bepaalt namelijk het minimaal vereiste cementgehalte. Maar ook de
maximale water-cementfactor (wcf). Om te voldoen aan de maximale waarde volgens
de milieuklasse wordt vaak een lagere water-cementfactor aangehouden dan voor de
sterkteklasse noodzakelijk is. Voor de verwerkbaarheid is echter een bepaalde
hoeveelheid aanmaakwater nodig (minimaal 150 liter/m3). Dit betekent dan dat meer
cement wordt toegepast dan minimaal volgens de milieuklasse noodzakelijk is. Het
gevolg is een hogere betonsterkte. Door van deze hogere betonsterkte in de
berekeningen gebruik te maken kunnen de dimensies van de betonconstructie
geoptimaliseerd worden. Niet elke constructeur is zich in het ontwerpstadium echter
bewust van de relatie tussen milieuklasse en betonsterkte.
Een ander gevolg van een hoger cementgehalte is een grotere hydratatiekrimp. Een
hogere water-cementfactor leidt omgekeerd tot een lager cementgehalte, waardoor
minder hydratatiekrimp optreedt en minder warmteontwikkeling bij verharding.
Gevolg: een kleinere kans op scheuren.
Voor een hogere consistentie moet eigenlijk niet meer water, maar bij voorkeur een
(super) plastificeerder worden toegevoegd. Hierdoor kan het cementgehalte met ca.
10% worden beperkt. Conform NEN 8005 moet wel voldaan worden aan een minimaal
bindmiddelgehalte.
De milieuklasse van een bouwdeel bepaalt ook de minimale betondekking en de
toelaatbare scheurwijdte 57, en daarmee de dimensies van de betonconstructie. Door
toepassing van thermisch verzinkte wapening zou een lagere milieuklasse kunnen
volstaan, en daarmee een lager cementgehalte.
Door het aanbrengen van beschermende lagen op het beton (zoals coatings) zou ook
met een lagere milieuklasse kunnen worden volstaan, en daarmee een lager
cementgehalte.
Op kleine schaal vinden al experimenten plaats om het cementgehalte in beton verder
terug te brengen. Hierbij moeten we denken aan cementgehaltes van minder dan 100
kg/m3 beton.
2. Gebruik van CEM III (Hoogovencement) in plaats van CEM I
(Portlandcement).
In Nederland wordt nog steeds voor de helft van alle betonconstructies CEM I
(Portlandcement) toegepast. Gebruik van CEM III cementen met een gereduceerd
klinkergehalte (door vervanging van klinkers door hoogovenslakken) in plaats van
CEM I cementen leidt tot een verlaging van de CO2 uitstoot van de daarmee gemaakte
betonconstructie. Verlaging van het klinkergehalte betekent wel een daling van de
beginsterkte-ontwikkeling, een geringere vorstbestandheid en een grotere
temperatuurgevoeligheid van het beton. Een gehalte portlandklinker kleiner dan 20%
wordt daarom afgeraden.
57
Volgens NEN-EN 1992-1-1.
Duurzaam construeren met materialen
2013
48
Cementsoort volgens
EN 197-1
CEM I
Portlandcement
CEM III/A
Hoogovencement
CEM III/B
Hoogovencement
Klinker
gehalte
96%
Hoogovenslakken
gehalte
-
CO2 uitstoot in kg CO2
per ton cement
788
44%
56%
384
32%
68%
291
Tabel 16: klinkergehalte voor verschillende cementsoorten.
Portlandcement (PC) blijft nodig wanneer specifieke eisen aan beton worden gesteld,
zoals een snellere sterkte-ontwikkeling, kleur en fysieke duurzaamheid. Met
Hoogovencement (HC) wordt beton gemaakt dat een dichtere poriënstructuur heeft
dan bij gebruik van PC, waardoor de betonconstructie beter bestand is tegen sulfaten
en een betere weerstand heeft tegen indringing van chloriden.
Om de kans op het optreden van schadelijke alkali-silicareacties (ASR) te voorkomen,
worden er eisen gesteld aan de toe te passen toeslagmaterialen en cementen. Voor
mengsels van CEM I met poederkoolvliegas en CEM III/A of B mag worden
aangenomen dat schadelijke ASR in beton niet zal optreden.
Poederkoolvliegascement heeft de voorkeur in geval van vorstdooi-zout belasting.
De keuze van de cementsoort wordt ook bepaald door de weersomstandigheden
tijdens het storten van beton. Vanaf 20°C of meer kan betonspecie zijn
verwerkbaarheid snel verliezen. De betoncentrale zal bij voorkeur een CEM III/B
(Hoogovencement) toepassen, het cementgehalte beperken en een
(super)plastificeerder met vertragende werking toevoegen. Dit is gunstig voor de CO2
emissie van de betonmortel.
Wanneer in Nederland meer HC toegepast gaat worden, is de vraag of er wel
voldoende hoogovenslakken beschikbaar zullen zijn. Door de economische crisis is de
bouwproductie en automobielindustrie de laatste jaren sterk gereduceerd, waardoor
ook de staalproductie (en de bijproductie van slakken) bij Tata Steel in IJmuiden
navenant is afgenomen. Hierdoor moesten zelfs slakken uit België en Duitsland
worden geïmporteerd om bij ENCI in IJmuiden voldoende HC te kunnen blijven
produceren. Deze import betekent weer extra CO2 uitstoot voor transport.
In NEN-EN 197-1 worden 27 ‘common cements’ beschreven, elk met een eigen
milieuprofiel. Op basis van BRL 1802 mag een betonproducent zelf een bindmiddel
samenstellen op basis van een combinatie van een cement en een vulstof. Aangetoond
moet worden dat met deze cement/vulstof combinatie beton kan worden gemaakt dat
gelijkwaardige prestaties levert (t.a.v. sterkte- en milieuklasse) als beton met cement
op basis van NEN-EN 197-1.
3. In de nabije toekomst: Gebruik van Belite-cement
Met Belite-cement wordt een reductie van de CO2 uitstoot van ca. 30% bereikt t.o.v.
Portlandcement.
Duurzaam construeren met materialen
2013
49
Belite-cement (zoals Aether® van Lafage) heeft echter als nadeel een geringere
sterkteontwikkeling in de verhardingsfase, en vraagt nog veel onderzoek (o.a. naar de
fysieke duurzaamheid) voordat het op grote schaal kan worden toegepast.
4. In de verdere toekomst: Gebruik van milieuvriendelijke
cementsoorten
Er wordt hard gewerkt aan milieuvriendelijke alternatieven voor (Portland)cement,
echter het ideale product is nog niet gevonden. Aan het product cement worden
namelijk hoge eisen gesteld, niet alleen op het gebied van sterkteontwikkeling en
fysieke duurzaamheid, maar ook op beschikbaarheid van grondstoffen, kostprijs en
verwerkingseigenschappen. Vooralsnog zijn er geen milieuvriendelijke cementen op de
markt die als alternatief kunnen dienen voor ‘EN 197-1’ cementen.
5. Vervang primaire door secundaire toeslagmaterialen bij
sterkteklassen tot C30/37
Hierbij moet gedacht worden aan betongranulaat 58, AEC-granulaat 59,
metselwerkgranulaat 60, gerecycled teerhoudend asfaltgranulaat (TAG) of gereinigd
spoorballast. Toepassing van secundaire toeslagmaterialen leidt echter tot een lichte
verhoging van de CO2 emissie, doordat een hoger cementgehalte nodig is voor de
binding van het secundaire toeslagmateriaal. Dit wordt niet volledig gecompenseerd
door de reductie van de CO2 emissie door vervanging van grind.
Daarnaast zijn de eigenschappen van secundaire toeslagmaterialen minder bekend en
berekenbaar dan van grind en kalksteen.
Uit oogpunt van het sluiten van de kringloop (recycling) op productniveau, wordt
gebruik van secundaire toeslagmaterialen toch aanbevolen, zij het voor beton met een
sterkteklasse tot C30/37, waaraan geen esthetische eisen (schoon beton) worden
gesteld.
6. Kies bewust voor een betonsamenstelling (inclusief cementsoort) met
specifieke eigenschappen voor de ontworpen betonconstructie.
Dit vereist een nauwe samenwerking tussen de ontwerpende constructeur en de
betontechnoloog in het bouwvoorbereidingstraject. De constructeur dient zich in een
vroegtijdig stadium bewust te zijn van de relatie tussen vereiste milieuklasse, de
maximale water-cementfactor die moet worden aangehouden en de minimale
betonsterkte die daarbij hoort.
Basiskennis over betontechnologie bij de constructeur en de aannemer moet daartoe
sterk verbeterd worden. Voor de huidige beroepspraktijk kan dit gebeuren door
bijscholing, voor de nieuwe generatie constructeurs zal in het curriculum van de
opleiding (HBO en WO) meer tijd voor betontechnologie moeten worden ingeruimd.
58
Voor toepassing van betongranulaat geldt CUR-Aanbeveling 112: “Beton met
betongranulaat als grof toeslagmateriaal”.
59
Voor toepassing van AEC-granulaat geldt CUR-Aanbeveling 116 (2012): “AEC-granulaat als
toeslagmateriaal voor beton”.
60
Voor toepassing van metselwerkgranulaat geldt CUR-Aanbeveling 5 (2013):
“Metselwerkgranulaat als toeslagmateriaal voor beton”.
Duurzaam construeren met materialen
2013
50
7. Kies een betonsterkte die niet hoger is dan noodzakelijk
Een hogere betonsterkte vergt een groter minimaal wapeningspercentage, en daarmee
meer wapening.
Bij een hogere betonsterkte hoort een grotere scheurwijdte. Om deze uit oogpunt van
fysieke duurzaamheid te beperken is meer wapeningstaal nodig.
Een grove benadering is dat een toename van de druksterkte tot een recht evenredige
toename van de hoeveelheid benodigde wapening leidt (bij elementen die op buiging
belast worden of waar krimp een rol speelt).
Een hogere betonsterkte vraagt een hoger cementgehalte om de verwerkbaarheid
gelijk te houden.
Een hogere beginsterkte vraagt een cement met een hoger klinkergehalte.
Bij op buiging belaste constructie-elementen zien we dat een hogere betonsterkte
nauwelijks tot slankere constructies leidt, met gelijkblijvende hoeveelheid
veldwapening. Het hogere cementgehalte leidt wel tot een verhoging van de CO2
emissie.
Bij op druk belaste constructie-elementen zien we dat een hogere betonsterkte tot
slankere constructies leidt, met gelijkblijvende hoeveelheid wapeningstaal. Óf een
gelijkblijvende doorsnede met een (veel) lagere hoeveelheid wapeningstaal. Per saldo
geeft dit een lagere CO2 emissie.
De eindsterkte van beton is hoger dan de sterkte na 28 dagen. De sterkte na 91
dagen (3 maanden) is gemiddeld opgelopen tot 117% van de 28-daagse sterkte. De
meeste betonconstructies zullen na 28 dagen nog niet hun ontwerpbelasting hebben.
Daarom kan de ontwerpende constructeur voor een lagere 28-daagse sterkte kiezen,
en daarmee een betonmengsel met een geringere milieubelasting.
8. Voorkom de noodzaak tot een snelle betonsterkte-ontwikkeling
Vanuit de uitvoering wordt vaak een snelle betonsterkte-ontwikkeling gevraagd.
Bijvoorbeeld om snel te kunnen ontkisten 61 of om eerder te kunnen voorspannen.
Door het vermijden van een te krappe planning kan hier rekening mee gehouden
worden. Een goede dialoog tussen constructeur, betontechnoloog en aannemer moet
voorkomen dat een gevraagde betonsterkte-ontwikkeling automatisch leidt tot een
toename van het cementgehalte of toepassing van een cementsoort met een hoger
klinkergehalte.
9. ‘Warme gietbouw’ is uit milieuoogpunt gunstiger dan ‘koude
gietbouw’
‘Warme gietbouw’ (verwarming van verhardend beton voor een snellere
sterkteontwikkeling) geeft een 2 à 3 maal lagere CO2 uitstoot dan ‘koude gietbouw’,
61
Bij breedplaatvloeren kan de onderstempeling weg bij een druksterkte van 14 N/mm2 van
de ter plaatse gestorte druklaag. Door sensoren in te storten kan de sterkte-ontwikkeling van
de beton gevolgd worden, en de stempels worden weggehaald wanneer de juiste sterkte is
bereikt.
Duurzaam construeren met materialen
2013
51
waarbij klinkerrijke cementen worden toegepast voor een snellere sterkteontwikkeling.
Het verlengen van de ontkistingstijden is qua milieubelasting gunstiger.
10.
Reductie van de hoeveelheid wapening
Voor in het werk gestort gewapend beton met CEM III/B cement bepaalt de wapening
voor 50% de totale CO2 emissie per m3 beton. Aandacht voor de hoeveelheid
wapening in betonconstructies is uit milieuoogpunt dus zeer relevant.
Traditioneel gewapend beton heeft gemiddeld 100 tot 110 kg/m3 aan wapeningstaal in
de vorm van netten en staven. Reductie van de hoeveelheid wapening van traditioneel
gewapend betonconstructies kan plaatsvinden door het maken van Eindige Elementen
berekeningen (Ansys, Diana), bijv. van bepaalde onderdelen of voor bepaalde
belastinggevallen (temperatuurbelastingen, krimp), en door het toepassen van beton
met een lagere sterkte (waardoor een kleiner minimaal wapeningspercentage kan
worden aangehouden). Reducties tot 10% zijn daarbij mogelijk.
Door het toepassen van staalvezelbeton kan in veel gevallen volstaan worden met 15
tot 40 kg/m3 staalvezels, waardoor een veel grotere reductie ontstaat.
Door toepassing van hybride beton (combinatie van traditionele wapening en
vezelwapening) wordt niet alleen bespaard op de hoeveelheid beton, maar ook op de
hoeveelheid wapening (tot 40 kg/m3). Door te wapenen met vezels kan slanker
geconstrueerd worden omdat de vezels over de gehele doorsnede aanwezig zijn en
daardoor over de gehele doorsnede een bijdrage wordt geleverd aan de
bezwijkcapaciteit met betrekking tot schuif- en (buig)trekspanningen. Hybride beton
heeft als bijkomend voordeel dat het storten van beton in de bekisting veel
eenvoudiger is.
Door de beschikbaarheid van beton met een hoge druksterkte verdient toepassing van
voorspanning meer aandacht, niet alleen omdat de hoeveelheid staal daardoor beperkt
kan worden (voorspanstaal heeft een hogere staalsterkte), maar ook omdat
scheurvorming wordt voorkomen, en daarmee de fysieke duurzaamheid wordt
vergroot.
11.
Reductie van de hoeveelheid beton
Over het algemeen geldt dat slanker construeren in gewapend beton (bij
gelijkblijvende betonsterkte) niet automatisch leidt tot reductie van de milieubelasting.
Uiteraard moet ‘onbewuste’ over-dimensionering voorkomen worden, niet alleen uit
milieu-, maar ook uit kostenoverwegingen.
Slank construeren wordt o.a. bereikt door buiging in constructie-elementen zoveel
mogelijk te voorkomen en constructies te ontwerpen die belast worden op
normaalkracht (bij voorkeur druk, waarbij geen scheurvorming optreedt!). Verder door
overspanningen te beperken bij op buiging belaste constructiedelen, en vooral
uitkragingen te beperken. Bij reductie van vloeroverspanningen dient wel in
ogenschouw te worden genomen de gebruiksmogelijkheden van de vloervelden, ook in
de toekomst bij andere functies.
Bij op buiging belaste constructies (balken) met een gegeven betonsterkte, zal een
reductie van de hoogte met 10% uiteraard leiden tot een reductie van de hoeveelheid
beton met 10%, maar ook een toename van de hoeveelheid wapening met ongeveer
10%. Bij gebruik van CEM III cementen geldt dat de bijdrage van de wapening aan de
Duurzaam construeren met materialen
2013
52
CO2 emissie ongeveer gelijk is aan die van de betonmortel, zodat per saldo de
milieubelasting niet toeneemt. Doordat een lagere balk diverse andere voordelen kent
(bijv. meer ruimte voor passage van luchtkanalen en leidingen), heeft deze toch de
voorkeur.
•
•
•
•
Op buiging belaste balk
Betonsterkte C28/35
MEd = 21 kNm
Betonbalk 200x300 mm
•
•
FeB500
•
•
fcd = 18,67
Betonbalk 200x270
• afwijking
mm
• b x d = 0,2 x 0,258 m
• b x d = 0,2 x 0,235
• - 10%
• MEd / fcd .b.d2 = 85
• MEd / fcd .b.d2 = 102
•
• ρ1 = 0,383
• ρ1 = 0,464
•
•
A1 = ρ1 .b.d2.104=198
• A1 = ρ1 .b.d2.104=218
• + 10%
2
2
mm
mm
Tabel 17: Invloed van reductie met 10% van de hoogte van een op buiging
belaste balk op de hoeveelheid wapening.
•
Bij op druk belaste constructies (kolommen) met een gegeven betonsterkte zal een
reductie van de oppervlakte van de doorsnede met 10% leiden tot een sterke toename
van de wapening (>30%). Aangezien kolommen een hoog wapeningspercentage
hebben, is de bijdrage van de wapening aan de CO2 emissie hoger dan van het beton
(uitgaande van gebruik van CEM III cementen). Daarom zijn slankere kolommen uit
milieuoogpunt niet gunstiger.
•
•
•
•
•
•
•
•
Centrisch belaste kolom
Betonsterkte C35/45
NEd = 2700 kN
Kolom 300 x 300 mm
Ac = 90.000 mm2
NEd / Ac.fcd = 1,286
r =1,5
ρ = 1,5 x 1,25 = 1,875
•
•
FeB500
a/h = 0,15
•
•
Kolom 285 x 285
•
2
Ac = 81.000 mm
•
NEd / Ac.fcd = 1,429
•
r = 2,3
•
ρ = 2,3 x 1,25 =
•
2,875
• As = 0,01 x ρ x Ac =
• As = 0,01 x ρ x Ac =
•
1688
2329
Tabel 18: Invloed van reductie met 10% van de oppervlakte van
centrisch op druk belaste kolom op de hoeveelheid wapening.
12.
•
•
•
•
•
fcd = 23,33
ß = 1,25
afwijking
- 10%
+ 38%
een
Verlenging van de levensduur van betonconstructies
De milieu-impact van een bouwproduct moet gerelateerd worden aan de totale
levensduur; een hogere milieu-impact bij de productie kan gecompenseerd worden
door een langere levensduur. Daarbij wordt onderscheid gemaakt in de technische
levensduur en de functionele levensduur.
Duurzaam construeren met materialen
2013
53
De technische levensduur wordt bepaald door de initiële kwaliteit en de aard en
frequentie van het onderhoud. De fysieke duurzaamheid van een betonconstructie
wordt in sterke mate beïnvloed door de optredende scheurvorming. Voorkòmen van
scheurvorming en beperken van de scheurwijdte is daarbij het credo. Door lagere
cementgehaltes (en daarmee lagere betonsterktes) toe te passen, zal minder
verhardingskrimp optreden en de scheurwijdte afnemen. Zowel de fysieke
duurzaamheid als de duurzaamheid in relatie tot het milieu worden daarmee gediend.
De milieubelasting die gepaard gaat met het uitvoeren van
onderhoudswerkzaamheden aan beton geldt overigens als beperkt.
De functionele levensduur wordt bepaald door de periode waarin de betonconstructie
blijft voldoen aan de gebruikerseisen.
Het verlengen van de functionele levensduur kan bereikt worden door het ontwerpen
van flexibele en aanpasbare constructies (bij lang-cyclisch vastgoed), resp. het
ontwerpen van demontabele en herbruikbare constructies (bij kort-cyclisch vastgoed).
De flexibiliteit van de betonconstructie wordt bepaald in de ontwerpfase. Door o.a. uit
te gaan van een ruime verdiepingshoogte, grote kolomvrije vloervelden, zo min
mogelijk dragende betonwanden, reservedraagvermogen in kolommen en fundering
(t.b.v. extra bouwlagen in de toekomst) en vloervelden die al berekend zijn op hogere
vloerbelastingen of in de toekomst op eenvoudige wijze te versterken zijn (bijv. met
uitwendige lijmwapening) wordt een flexibele draagconstructie ontworpen.
Door uit te gaan van prefab beton met demontabele verbindingen (zoals bij het IFDkantoor in Delft) in plaats van ter plaatse gestort beton met monoliete verbindingen,
zijn de constructie-elementen in principe herbruikbaar.
13.
Gebruik thermische massa beton
De thermische massa van een betonconstructie kan gebruikt worden voor de
accumulatie van warmte (betonkernactivering). In de betonconstructie worden
daartoe watervoerende leidingen aangebracht, waar warm of koud water doorheen
stroomt. De betonconstructie warmt daardoor op of koelt af. Bij een groot afgifteoppervlak (zoals bij vloeren en wanden) is een klein temperatuurverschil tussen het
betonoppervlak en de ruimte al voldoende voor een uitwisseling van warmte door
straling, conductie en convectie. Hierdoor kan de ruimte met een lage temperatuur
verwarming (LTV) en een hoge temperatuur koeling (HTK) op een comfortabele
temperatuur worden gehouden.
Uit onderzoek 62 blijkt dat inzet van betonkernactivering in combinatie met een
warmtepomp kan leiden tot ca. 15% reductie op de berekende energieprestatie voor
woningen, zorg- en verpleeghuizen en schoolgebouwen.
Als we weten dat het energieverbruik gedurende de levensduur van gebouwen ca.
80% van de totale milieubelasting bepaalt, dan levert deze 15% reductie een
substantiële bijdrage aan het reduceren van de CO2 emissie.
14.
Hergebruik van beton
Hergebruik van beton kan plaatsvinden op vier schaalniveaus:
62
DGMR rapport “De waardering van thermische massa en betonkernactivering in NEN 7120;
december 2012.
Duurzaam construeren met materialen
2013
54
•
•
•
•
Een betonnen draagconstructie van een bestaand gebouw kan worden gestript en
hergebruikt als draagconstructie (eventueel na aanpassingen). Een voorbeeld
hiervan is het voormalige T-Hoog van de TU Eindhoven, dat na strippen is
getransformeerd in de nieuwe faculteit van Bouwkunde (gebouw Vertigo);
Constructie onderdelen (zoals liggers, vloerplaten en kolommen) kunnen na
demontage worden hergebruikt in een nieuw project;
Losse bouwproducten (zoals betonstenen, betonpannen en keerwanden) kunnen
op andere locaties weer opnieuw worden gebruikt;
Bij sloop van een betonconstructie kan het beton gebroken worden en gescheiden
in betonstaal en betonpuin. Het staal wordt omgesmolten tot nieuw betonstaal. Het
betonpuin kan als betongranulaat gebruikt worden als secundair toeslagmateriaal
in nieuwe beton. Het betongranulaat kan ook verder gebroken worden tot
cementsteen en grind/zand, en als grondstof dienen voor de productie van nieuwe
beton. Ook is het mogelijk om niet-gehydrateerd cement uit het beton weer te
gebruiken.
15.
Kies een betoncentrale c.q. prefabbetonfabriek in de buurt van
de bouwplaats.
Hiermee wordt bespaard op brandstoffen voor transport van betonmortel c.q.
prefabbeton elementen.
Duurzaam construeren met materialen
2013
55
4.13. Informatie
Website www.duurzaambeton.nl: In Nederland hebben een aantal partijen zich
verbonden in het initiatief Duurzaam Beton, dat ook onderdeel uitmaakt van de
Green Deals die de Nederlandse overheid in 2011 met het bedrijfsleven heeft
afgesloten. Op de website zijn standpunten en informatie te vinden over de
duurzaamheid en het gebruik van beton.
2. Het Programma Verduurzaming Betonketen (PVB) is een in 2011 ontwikkeld
initiatief van meer dan 20 partijen uit de betonketen. Het doel is een vergaande
verduurzaming van de betonketen te bewerkstelligen, specifiek gericht op de thema’s
energie, biodiversiteit en ecosystemen, emissies in bodem en lucht, en winning en
gebruik van grondstoffen.
3. Dubocalc: een computerprogramma dat de milieueffecten berekent van het
materiaal- en energieverbruik van infrastructurele werken.
4. Betoniek (april 2009): Beton & CO2
5. BetonBewust Wijzer: Gids voor duurzaam bouwen met beton (oktober 2009),
uitgave van het Gietbouwcentrum.
6. Wijzer met LCA’s: Over nut en noodzaak van milieukundige levenscyclusanalyses
(LCA’s) in de betonwereld (november 2011), uitgave van het Cement&BetonCentrum
en de Betonvereniging, in samenwerking met BFBN en VOBN.
7. Roadmap duurzaam cement: Een handreiking (oktober 2012), uitgave van het
Cement&BetonCentrum.
8. Mythe of mogelijkheden?: artikel in Cement nummer 7/2010, M. de Rooij e.a.
9. Stufib-rapport 20: “Betonsterkte versus (fysieke) duurzaamheid”, maart 2012.
10. Stufib/STUTECH-rapport 21/29: “Duurzaamheid als ontwerpcriterium voor beton
– toegespitst op CO2”, september 2012.
11. Artikelenreeks ‘Duurzaam beton’ in vakblad Cement:
a. “Duurzaamheid vraagt om concretisering”, Ir. Pim Peters, Cement 2010-8;
b. “Van praten en motiveren naar bewijzen en doen!”, Ir. Paul van Bergen, Cement
2011-1;
c. “Duurzaam beton heeft geen vaste receptuur”, Ir. Sander Holm, Cement 2011-2;
d. “Gezonde opwaardering van gebouwd Nederland”, Michael van Leeuwen, Cement
2011-3;
e. “Per definitie duurzaam, maar niet per definitie milieubewust”, prof. Dr. Ir. Michiel
Haas, Cement 2011-4;
f. “Enorme verantwoordelijkheid voor de cement- en betonindustrie”, Ir. André
Burger, Cement 2011-6;
g. “Duurzaamheid en competenties”, Ir. Pieter Lanser, Cement 2011-7;
h. “Bouw bewust met beton”, ing. Hans Köhne, Cement 2011-8.
1.
Duurzaam construeren met materialen
2013
56
5.
Staal
Frans van Herwijnen/06-09-2013
Staal
Staal is de verzamelnaam van legeringen die voor het grootste deel bestaan uit gezuiverd
ijzer (Fe) met minder dan 2% koolstof (C). Door toevoeging van andere metalen ontstaan
verschillende soorten staal met elk hun specifieke eigenschappen. Zo krijgen we roestvast
staal door toevoeging van Chroom (Cr) en Nikkel (Ni).
Het basismateriaal van staal is ijzer. Ongeveer 5% van de aardkorst bevat ijzererts, zodat
het een ruim voorradig materiaal is. De grootste ijzervoorraden liggen echter op ecologisch
waardevolle locaties, waardoor de winning van ijzererts aantasting van natuurgebieden (zoals
de regenwouden in Brazilië) tot gevolg kan hebben. De huidige voorraad is toereikend voor
50 tot 100 jaar, echter de prijzen zullen steeds hoger worden door de grote vraag naar staal
in de opkomende markten (BRIC landen: Brazilië, Rusland, India en China).
Naast ijzererts zijn voor de bereiding van staal ook kolen (cokes) nodig, en de diepe winning
ervan kan – in mindere mate dan bij oppervlaktewinning – aantasting van het landschap tot
gevolg hebben.
Productieprocessen
Er zijn twee productieprocessen voor staal: het hoogovenproces (blast furnace / basic oxygen
furnace BOF) en het elektrostaalproces (electric arc furnace EAF). Beide processen kunnen
niet zonder gerecycled staal: staalschroot (scrap).
Bij het elektrostaalproces wordt tot 100% gerecycled staal ingezet, bij het hoogovenproces
15-20%. De verhouding tussen het hoogovenproces en het elektrostaalproces is 70:30. Beide
productieroutes zijn in evenwicht met elkaar door de economische balans van de prijs van
staalschroot. Daarnaast blijft het winnen van ijzererts en steenkool rendabel. De behoefte
aan staal is namelijk groter dan de productie van staalschroot (deze bedraagt slechts 50%
van de wereldproductie van staal), waardoor beide productieroutes nodig blijven. De
wereldproductie van schroot neemt weliswaar jaarlijks toe, maar ook de vraag naar staal.
In principe wordt constructiestaal geleverd in de vorm van profielen en platen.
Fig 1: Staalschroot t.b.v. recycling
Recycling staal
Duurzaam construeren met materialen
2013
57
Voor constructiestaal (profielen en platen) bestaat al enkele tientallen jaren in Europa een
goed functionerend recyclingsysteem. Staal is het eerste constructiemateriaal dat de
kringloop vrijwel volledig gesloten heeft. Van 100 ton constructiestaal wordt 99% gerecycled.
Gemiddeld wordt in Europa 11% van de staalprofielen hergebruikt in andere projecten en
88% wordt gerecycled. Het staalschroot wordt gesmolten in hoogovens, waarna weer nieuwe
staalprofielen en –platen worden gemaakt. Door het gebruik van staalschroot kan de
hoeveelheid ijzererts, kolen en kalksteen in het hoogovenproces beperkt worden. Dit
betekent minder energieverbruik en daarmee gepaard gaande emissie van broeikasgassen
(zoals CO2). Recycling van 1 ton staalschroot bespaart 1400 kg ijzererts, 400 kg kolen en 55
kg kalksteen.
Door gebruik van moderne thermo-mechanische walsprocessen worden de
materiaaleigenschappen zelfs verbeterd (up-cycling: S235 wordt S460).
Het staalschroot dat noodzakelijk is voor de productie van staal (met de BOF route en de EAF
route) bedraagt (gemiddeld voor Europa) voor 1000 ton ‘nieuw’ staal: 460 kg staalschroot,
verdeeld over 300 kg voor de EAF route en 160 kg voor de BOF route (zie schema fig. 2).
Fig. 2: Schematische weergave van de recycling potentie van staal (bron: Bauforumstahl)
5.1.
CO2 emissie van constructiestaal
De staalindustrie is erg energie-intensief. Bij de productie van 1 ton staal wordt gemiddeld
1,8 ton CO2 uitgestoten. Hiermee is de ijzer- en staalindustrie verantwoordelijk voor 4 tot 5%
van de totale mondiale CO2 uitstoot, vergelijkbaar met die van de cementindustrie.
Duurzaam construeren met materialen
2013
58
Fig. 3: Energie-intensief productieproces van staal
De CO2 emissie van staal (cradle-to-grave) is de hoeveelheid CO2 (in kg per ton staal) die
vrijkomt bij de winning van grondstoffen, productie van halffabricaten en -producten,
transport naar de bouwplaats, montage in het werk, verwijdering aan het eind van de
gebruiksduur (demontage) en afvalverwerking (= recycling). De CO2 emissie van staal die
betrekking heeft op het gebruik, het onderhoud en de vervanging van onderdelen gedurende
de gebruiksduur is niet meegenomen. Evenmin als coatings en brandwerende bekledingen.
Deze dienen, voor zover van toepassing, apart in rekening te worden gebracht.
Voor de vijf productgroepen voor staal zijn de totale CO2 emissies (van cradle-to-grave)
opgenomen in onderstaande tabel. De waarden zijn ontleend aan MRPI-bladen (Milieu
Relevante Product Informatie), opgesteld door SGS-INTRON in opdracht van Bouwen met
Staal, versie 8 januari 2013.
Constructiestaal
voor zware
toepassingen (HE-,
IPE-, UNP-profielen,
plaatliggers met
verlopende
doorsnede,
kokerprofielen)
473
Constructiestaal
voor middelzware
toepassingen
(lateien,
damwanden en
geleiderails)
1.020
Constructiestaal
voor lichte
toepassingen
(kozijnen, koud
gevormd staal, koud
gevormde
gordingen,
staalplaatbetonvloeren)
Constructiestaal
voor
binnenwanden
977
1.160
Constructiestaal
voor dak- en
gevelbekleding
791
Tabel 1: CO2 emissie (cradle-to-grave) voor verschillende staaltoepassingen, in kg CO2 per
ton staal
Duurzaam construeren met materialen
2013
59
Fig. 4: Constructiestaal voor zware toepassingen
Onderverdeeld naar de fasen: productie (1), transport naar de bouwplaats (2), montage op
de bouwplaats (3), demontage aan het eind van de gebruiksduur (4) en afvalverwerking c.q.
recycling (5) bedraagt de CO2 emissie:
Productgroep
Productie
Transport
Montage
Demontage Recycling
Totaal
Constructiestaal
voor zware
908
19,6
17
40,3
- 512
473
toepassingen
Constructiestaal
voor
2.590
19,6
45
24,1
- 1.660
1.020
middelzware
toepassingen
Constructiestaal
voor lichte
2.500
19,6
52
46,4
- 1.640
977
toepassingen
Constructiestaal
voor
2.570
19,6
50,3
48,1
- 1.530
1.160
binnenwanden
Constructiestaal
voor dak- en
2.600
19,6
44,7
64,8
- 1.940
791
gevelbekleding
Tabel 2: CO2 emissie voor verschillende staaltoepassingen in kg CO2 per ton staal,
gespecificeerd per fase
De grootste emissie in de keten van een staalconstructie vindt plaats bij de productie van
staal.
De CO2 emissie van staal is onafhankelijk van de staalsoort (S235 of S355).
De waarden voor de productgroepen vormen een gemiddelde voor de verschillende producten
binnen een groep. Daardoor kan een spreiding van meer dan 20% optreden in een of meer
milieucategorieën. Deze variatie is nagenoeg van dezelfde omvang als de variatie tussen de
verschillende landen en productieplaatsen in Europa. Ook verschillen in de wijze van allocatie
van milieueffecten kunnen leiden tot verschillen van meer dan 20% in de milieuscores van
staalconstructie producten. De in de tabellen gegeven waarden moeten dan ook niet als
exacte waarden worden beschouwd.
Duurzaam construeren met materialen
2013
60
Voor de productgroep constructiestaal voor zware toepassingen wordt gerekend met 51%
recycling en 49% hergebruik. Dit leidt tot de negatieve waarde -512 in de kolom recycling.
Voor dak- en gevelplaten wordt aangehouden: 70% recycling, 29% hergebruik en 1% afval.
Voor de overige productgroepen geldt: 87% recycling, 12% hergebruik en 1% afval.
Voor de CO2 emissie die gepaard gaat met transport kan de volgende tabel worden
aangehouden.
Standaard wordt voor transport van het staalconstructiebedrijf naar de bouwplaats met een
vrachtwagen 63 100 km aangehouden, met een bijbehorende CO2 emissie van 1,5 x 100 x
0,130 = 19,5 kg CO2 per ton staal.
Transportmiddel
Binnenvaart
Zeevaart
Vrachtwagen
Vrachtwagen
Trein
CO2
50
45
130
110
27
emissie
gram CO2 / ton.km
gram CO2 / ton.km
gram CO2 / ton.km
gram CO2 / ton.km
gram CO2 / ton.km
opmerkingen
470 TEU non bulk goederen
580 TEU non bulk goederen
>20 ton non bulk goederen
<20 ton non bulk goederen
Tabel 3: CO2 emissie bij verschillende transportmiddelen
5.2.
CO2 emissie van bijzondere staalsoorten
Product
CO2 emissie in kg per ton
opmerkingen
Roestvast staal
4530
Bron: www.milieudatabase.nl
Corten staal
473
Idem als zwaar constructiestaal
Zeer Hoge Sterkte staal
473
Idem als zwaar constructiestaal
Tabel 4: CO2 emissie per kg staal voor bijzondere staalsoorten
5.3.
CO2 emissie van conserveerlagen
Voor conserveerlagen kan onderstaande tabel worden aangehouden. De waarden voor de CO2
emissie in kg CO2 per kg conservering bij thermisch verzinken, poedercoaten en natlakken
zijn ontleend aan MRPI-bladen (Milieu Relevante Product Informatie), opgesteld door SGSINTRON in opdracht van Bouwen met Staal, versie 8 januari 2013.
63
Voor het vervoer per vrachtwagen wordt een factor 1,5 gehanteerd op de enkele reis afstand,
aangezien de vrachtwagens ongeladen terugrijden wat een lagere CO2 emissie oplevert.
Duurzaam construeren met materialen
2013
61
Product
Thermisch verzinken
(zink)
Sendzimir verzinken
Poedercoaten 64
(poeder)
Natlakken 65 (lak)
CO2 emissie in kg
per kg
4,7
CO2 emissie in kg
per m2
1,7 – 5,0
opmerkingen
Laagdikte 50 – 150 μm
(7000 kg/m3)
1,5
Alleen op staalplaat
16
1,5
Laagdikte 80 μm
(0,0965 kg/m2)
2,4
0,24
Laagdikte 80 μm
(0,100 kg/m2)
Acrylverf
7,8
120 μm Alkyd grondlaag
+ 30 μm aflaklaag
(0,490 kg/m2)
Highsolidverf
8,2
120 μm Alkyd grondlaag
+ 40 μm aflaklaag
(0,398 kg/m2)
Alkydverf op basis van
8,3
120 μm Alkyd grondlaag
oplosmiddel
+ 40 μm aflaklaag
(0,463 kg/m2)
Alkydverf op waterbasis
12,5
120 μm Alkyd grondlaag
+ 40 μm aflaklaag
(0,505 kg/m2)
2
Tabel 5: CO2 emissie in kg per m conservering (zink, poeder, lak en verf).
5.4.
CO2 emissie van brandwerende bekleding
Voor brandwerende bekledingen (brandwerendheid van 30 minuten) kan onderstaande tabel
worden aangehouden:
Product
Fibersilicaatplaat
Gipskartonplaat
Promatect®
CO2 emissie in kg per m2
18,2
19,1
opmerkingen
16 mm plaat
15 mm plaat
?
Mandolite® (vermiculiet
?
spuitpleister)
Tabel 6: CO2 emissie per m2 brandwerende bekleding (30 minuten brandwerendheid).
Voor brandwerende bekledingen (brandwerendheid van 60 minuten) kan onderstaande tabel
worden aangehouden:
Product
Fibersilicaatplaat
Gipskartonplaat
Promatect®
CO2 emissie in kg per m2
36,4
38,1
opmerkingen
2x16 mm plaat
2x15 mm plaat
?
Mandolite® (vermiculiet
?
spuitpleister)
Tabel 7: CO2 emissie per m2 brandwerende bekleding (60 minuten brandwerendheid).
64
Door de recyclebaarheid van spuitnevel, het vrij zijn van oplos- en verdunningsmiddelen en de lange
levensduur (> 30 jaar), kan poedercoaten beschouwd worden als een duurzame
oppervlaktebehandeling.
65
Bij het natlak-procedé kunnen alkyd-, epoxy- of polyurethaanverven worden toegepast.
Duurzaam construeren met materialen
2013
62
5.5.
Beperking van de milieubelasting van staalconstructies
De CO2 emissie van staalconstructies kan op de volgende wijze beperkt worden:
1. Staal gebruiken dat geproduceerd is in Nederland.
De CO2 emissie van Tata Steel uit IJmuiden bedraagt 70% van die van andere
hoogovens in West Europa (zie tabel). Het verdient dus aanbeveling het staal te
betrekken van Tata Steel uit IJmuiden (dit kan in het bestek worden voorgeschreven).
Het transport van IJmuiden naar een staalleverancier in Nederland wordt daarmee ook
beperkt (minder brandstof, dus CO2 emissie, en minder transportkosten).
Hoogoven
Tata Steel, IJmuiden
CO2 emissie in kg/ton staal
900
Arcelor, Gent (B)
West Europese
hoogovens
1.800 – 1.900
1.500
Bron
Jaarverslag Corus
staal bv, 2006/2007
www.voka.be
Ikink, Metaalmagazine
nr. 5, 2009
Conform NEN 8006 wordt voor constructiestaal geproduceerd in West Europa
aangehouden dat dit over een afstand van 500 km per spoor wordt getransporteerd
naar de staalbedrijven. Voor constructiestaal geproduceerd in Brazilië of China is
vervoer per containerschip nodig, waarvoor afstanden worden aangehouden van
10.000 resp. 20.000 km. De daarbij behorende CO2 emissie bedraagt:
Hoogovens
Containerschip
Trein
West Europa
Brazilië
China
CO2 -emissie in kg
CO2 per ton.km
10.000 km
20.000 km
0,0145
500 km
500 km
500 km
0,0286
Totale CO2 emissie
voor transport
14,3
145+14,3 = 159,3
290+14,3 = 304,3
De conclusie kan alleen maar zijn: geen staal importeren uit Brazilië of China!
2. Staalleverancier kiezen uit Nederland.
Het transport van staalprofielen naar een staalconstructiebedrijf in Nederland wordt
daarmee ook beperkt (minder brandstof, dus CO2 emissie, en minder
transportkosten).
3. Staalconstructiebedrijf kiezen op korte afstand van de bouwplaats.
Hiermee wordt bespaard op brandstof, dus CO2 emissie, en transportkosten. Conform
NEN 8006 wordt voor de transportafstand van het staalconstructiebedrijf naar de
bouwplaats 150 km aangehouden.
Duurzaam construeren met materialen
2013
63
4. Energiezuiniger transport inzetten.
Naast het beperken van de transportafstand, kan ook gebruik worden gemaakt van
vrachtwagens met een hogere Euroklasse (1 t/m 6). Hoe hoger de Euroklasse, hoe
lager de CO2 emissie.
5. Toepassing van hoge sterkte staal voor op druk belaste onderdelen
(kolommen) waarbij de sterkte maatgevend is voor de dimensies en
op trek belaste onderdelen (trekstaven).
De CO2 emissie van staal is onafhankelijk van de staalsoort. Beperking van de
milieubelasting van een staalconstructie kan bereikt worden door bijvoorbeeld voor
(op druk belaste) kolommen te kiezen voor een hogere staalsoort. Voor een kolom
(type HEB) met een hoogte van 3,5 meter en een belasting van 2000 kN wordt een
milieuwinst bereikt van ongeveer 35% bij een uitvoering in S460 in plaats van S235,
doordat minder staal nodig is.
Voor stalen kokers en buizen geldt dat bij verdubbeling van de waarde van de
vloeigrens (bijv. van S235 naar S500) de wanddikte van de profielen met 1/3 kan
worden teruggebracht. Opgemerkt moet hierbij worden dat er hogere kosten
verbonden zijn aan het toepassen van staal met een hogere vloeigrens.
6. Hergebruik van staalprofielen.
Naast materiaalrecycling vindt ook hergebruik van gedemonteerde stalen onderdelen
plaats. Een voorbeeld daarvan vormen staalprofielen, waarvan op dit moment al 50%
wordt hergebruikt na demontage van een staalconstructie.
7. Voor lang-cyclische gebouwen een flexibele draagconstructie
ontwerpen.
Door het ontwerpen van flexibele draagconstructies (grote overspanningen, grote
verdiepingshoogte, rekenen op hogere veranderlijke vloerbelasting e.d.) kan de
economische (functionele) levensduur van staalconstructies verlengd worden,
waardoor de jaarlijkse milieubelasting gedurende de technische levensduur
verminderd wordt.
8. Voor kort-cyclische gebouwen een demontabele draagconstructie
ontwerpen.
Door de staalconstructie zodanig te ontwerpen dat deze eenvoudig gedemonteerd kan
worden, te transporteren onderdelen ontstaan, die bij voorkeur alleen bestaan uit
staal (d.w.z. zonder betonvulling bij buiskolommen, geen staalbetonliggers) is
hoogwaardig hergebruik van stalen constructie-elementen mogelijk.
5.6.
Technische Commissie Duurzaamheid (TC1)
De Technische Commissie Duurzaamheid (TC1) heeft een aantal artikelen over
duurzaamheid in het blad ‘Bouwen met Staal’ gepubliceerd (zie onder ‘Informatie’).
Duurzaam construeren met materialen
2013
64
Op
•
•
•
dit moment werkt de commissie aan de volgende drie onderwerpen:
hergebruik van staal (Wouter Visser, IV-groep);
koppeling van BIM en duurzaamheid (Thijs Huijsmans, Royal Haskoning DHV);
ontwikkeling van ontwerptabellen met schaduwprijzen (Elise Bilardie, IMd).
Duurzaam construeren met materialen
2013
65
5.7.
Informatie
1. Bouwen met Staal nr. 223 (2011), ‘Appèl aan de constructeur, van nature al alert’, M.C.
Aalstein, T.J.J. Huijsmans, J.W.J. Hoekstra & E.R. Bilardi.
2. Bouwen met Staal nr. 224 (2012), ‘Wat weegt het zwaarst?’, E.R. Bilardi & P.Peters.
3. Bouwen met Staal nr. 225 (2012), ‘Een volhoudbaar brugontwerp’, M.C. Aalstein & B.
Spaargaren.
4. Bouwen met Staal nr. 228 (2012), ‘Aanpasbare draagstructuur’, R. Gijsbers.
5. Bouwen met Staal nr. 230 (2012), ‘Gebruik juiste milieudata’, J. Meijer & J.P. den
Hollander
6. Milieu Relevante Product Informatie, Constructiestaal, MRPI, versie 8 januari 2013.
Veel informatie over de duurzaamheid van staalconstructies is te vinden op de website:
www.dutchhall.nl.
Hierop vinden we een rekentool voor vergelijking van de milieubelasting van gevel-,
middenkolommen en dakliggers, bij toepassing van de staalsoorten S235, S355 en S460.
Verder vinden we een rekentool voor bepaling van de totale materiaal-gebonden CO2 emissie
van een bedrijfshal met stalen spanten, een dakconstructie met stalen dakplaten, isolatie en
dakbedekking en een gevelconstructie met stalen binnendozen, isolatie en stalen gevelplaten.
De begane grondvloer met fundering wordt hierbij buiten beschouwing gelaten. De
afmetingen van de hal kunnen gevarieerd worden.
Op de volgende website van Bouwen met Staal vinden we informatie over duurzaamheid en
staal:
www.bouwenmetstaal.nl/index.php?page=duurzaamheid-4
Duurzaam construeren met materialen
2013
66
6.
Hout
Hout 66
Hout vormt het binnenste deel van de stam van bomen. Hout kan als massief hout worden
toegepast, waarbij de oorspronkelijke vezelstructuur behouden blijft, als gelamineerd hout of
als plaatmateriaal (zoals MDF-plaat, multiplex, spaanplaat e.d., waarin houtafval en
minderwaardig hout zijn verwerkt).
Het hout dat nodig is voor het maken van houtproducten wordt onttrokken uit
productiebossen of houtakkers.
Houtkap vindt machinaal plaats met behulp van speciale bosbouwmachines. De op lengte
afgekorte en gestripte boomstammen worden per as vervoerd naar verzamelplaatsen,
overgeladen op vrachtwagens, die de boomstammen verder vervoeren naar de zagerijen.
In de zagerijen worden de boomstammen gezaagd en/of geschaafd tot standaard
handelsmaten. Voor het zagen worden de boomstammen ontschorst. De schors verbrandt
men voor de eigen energievoorziening van zagerij of droogkamers. Na het zagen wordt het
hout per afmeting gedroogd. Daarna volgt kwaliteitssortering en het pakketeren voor
transport naar de eindbestemming.
Afb. Boomstammen
Van al het naaldhout dat jaarlijks gebruikt wordt is 97% afkomstig uit Europese bossen. Van
het totale houtvolume (naaldhout en loofhout samen) is dit ca. 90%. Het betreft bossen die
duurzaam beheerd worden, stabiel zijn en een netto overschot in bijgroei hebben.
Snelgroeiende soorten als Lariks, Douglasspar en Amerikaanse eik, produceren in Nederland
jaarlijks grote hoeveelheden kwaliteitshout.
Hoe duurzaam is hout?
Hout geldt als het meest duurzame constructiemateriaal, omdat het op een natuurlijke wijze
hernieuwbaar is, de productie en verwerking weinig energie kosten, en het door de opslag
van CO2 een “negatieve CO2 uitstoot” heeft.
CO2 uitstoot van bouwmaterialen
66
Bron: Centrum Hout
Duurzaam construeren met materialen
2013
67
Bij de beoordeling van de CO2 uitstoot van bouwmaterialen moeten drie aspecten in
beschouwing worden genomen: (1) hoeveel energie is nodig voor de productie van het
bouwmateriaal, (2) heeft het bouwmateriaal eigenschappen waardoor energie bespaard kan
worden tijdens het gebruik (in het gebouw), en (3) is het bouwmateriaal recyclebaar?
Productiefase
Bomen hebben het vermogen om CO2 vast te leggen. Gemiddeld neemt een boom (d.m.v.
fotosynthese) 900 kg CO2 equivalent op voor elke m3 bijgroei, terwijl tegelijkertijd ook nog
700 kg O2 geproduceerd wordt 67.
Hout kan CO2 intensief materiaal vervangen. Een m3 hout die als alternatief wordt gebruikt
voor constructiematerialen (als staal, aluminium, beton of kunststof), vermindert de CO2
uitstoot in de atmosfeer gemiddeld met 1,1 ton CO2 68.
Door hout te gebruiken als constructiemateriaal wordt het milieu dus met 0,9 + 1,1 = 2,0 ton
CO2 per m3 hout ‘ontlast’.
Voor verwerking van bomen tot houtproducten (gezaagd hout, multiplex e.d.) is energie
nodig, zodat de netto reductie van CO2 minder dan 0,9 ton bedraagt per m3 houtproduct (zie
onderstaande tabel).
Afb. Productiebos
Als voorbeeld wordt gezaagd Europees naaldhout beschouwd, geproduceerd in Zweden,
toegepast in Nederland:
- Bij de productie van hout in Zweedse bossen wordt - 1.500 kg CO2 per ton hout
onttrokken (1 m3 naaldhout weegt 0,6 ton);
- Boomstammen worden over een afstand van 400 km per vrachtwagen vervoerd naar de
zagerijen. De CO2 uitstoot per ton hout bedraagt dan: 400 x 80 gram CO2 /ton.km = 32 kg
CO2;
- Zagen en drogen geeft een uitstoot van 50 kg CO2 per ton hout;
67
Uit onderzoek van de Wageningen Universiteit (gepubliceerd in Nature Climate Change / augustus
2013) blijkt dat de Europese bossen, die op grote schaal na de 2e Wereldoorlog zijn geplant, tekenen
van ouderdom vertonen, waardoor ze minder CO2 opnemen dan enkele decennia geleden. Na zestig tot
zeventig jaar neemt de groeisnelheid af. De CO2 opname wordt verbeterd door oude bossen te kappen
en nieuwe boompjes te planten.
68
Bron: C.M. Pohlmann (2002): “Ökologische Betrachtung für den Hausbau – Ganzheitliche Energieund Kohldioxydbilanzen für zwei verschiedene Holzhauskonstruktionenen (dissertatie)
Duurzaam construeren met materialen
2013
68
- Gezaagd hout wordt per schip vervoerd van Zweden naar Nederland over een afstand van
1.500 km. De CO2 uitstoot per ton hout bedraagt dan: 1.500 x 30 gram CO2 /ton.km = 45
kg CO2.
De netto uitstoot van CO2 bedraagt dus: - 1.500 + 32 + 50 + 45 = 1.373 kg CO2 per ton
hout = 0,82 ton CO2 per m3 hout.
Houtproduct
Gezaagd hout
Naaldhout multiplex
Berken multiplex
LVL 69
Spaanplaat
Hardboard
Zachtboard
Gipsplaat
Kalkzandsteen
Rode baksteen
Beton
Netto uitstoot CO2 in ton/m3
- 0,80
- 0,50
- 0,35
- 0,65
- 0,70
- 1,50
- 0,40
+ 0,35
+ 0,30
+ 0,40
+ 0,30
Tabel 1: Netto uitstoot van CO2 voor houtproducten en
andere bouwmaterialen in ton CO2 per m3 (bron [1])
Gebruiksfase
De isolatiewaarde van hout is beter dan die van andere constructiematerialen, waardoor
warmteverliezen beperkt kunnen worden bij gebouwen en woningen, waarbij hout is
toegepast in de gebouwschil.
Einde levensfase
Gedurende de volledige levensduur van het houtproduct blijft de opgeslagen 0,9 ton CO2 per
m3 hout uit de atmosfeer. Door het hout te hergebruiken of te recyclen als plaatmateriaal
(spaan- en vezelplaten) blijft de CO2 nog steeds opgeslagen. Pas wanneer het hout wordt
afgedankt komt de 0,9 ton opgeslagen CO2 weer vrij in de atmosfeer, hetzij door verbranding
van hout voor energieproductie, hetzij door natuurlijke afbraakprocessen. Over een lange
termijn gezien is hout dus ‘CO2 neutraal’.
Bij verbranding van hout in een pellet-kachel komt per kWh overigens bijna 15x minder CO2
vrij dan bij verbranding van aardgas (zie onderstaande tabel).
Brandstoffen
Pellets
Aardgas
Steenkool
Houtskool
Stookolie
Uitstoot bij verbranding
in kg CO2/kWh
0,02
0,29
0,33
0,40
0,43
Energieproductie (warmte) bij verbranding
3,3 kWh/kg
11 kWh/m3
8,1 kWh/kg
10 kWh/liter
Tabel 2: Uitstoot van CO2 en energieproductie bij verbranding
van pellets in vergelijking tot andere fossiele brandstoffen
69
LVL = Laminated Veneer Lumber
Duurzaam construeren met materialen
2013
69
6.1.
De belangrijkste mogelijkheden om de CO2 reductie van hout te
gebruiken:
1. Vervang energie-intensieve bouwmaterialen (beton, staal, aluminium)
door hout en houtproducten.
Het toepassen van meer hout en houtproducten is goed mogelijk, doordat op dit
moment slechts 60% van de jaarlijkse bijgroei van Europese bossen wordt
geëxploiteerd. Dat betekent dat het bosoppervlakte in Europa elk jaar toeneemt, en
dat een uitbreiding van het houtgebruik voor constructieve doeleinden dus geen
teruggang van de omvang van Europese bossen met zich mee zal brengen.
Verschillende onderdelen van woningen en gebouwen kunnen worden uitgevoerd in
hout.
Voor een functionele eenheid van 1 m2 begane grondvloer van woningen, met een
minimale Rc-waarde van 3,0 m2.K/W en die voldoet aan de eisen van het Bouwbesluit,
kunnen de volgende constructiesystemen worden toegepast, gerangschikt vanuit
milieuoogpunt:
Begane grondvloeren incl. isolatie, excl. dekvloer en
vloerbedekking; onder de vloer is een kruipruimte.
Vuren multiplex (18 mm) op vurenhouten balken
Dikte
Milieuklasse 70
CO2 uitstoot in kg
CO2 per m2
10,5
220
1a
150
3b
61,5
Combinatievloer (‘Broodjesvloer’)
-
3c
73,5
Ribbenvloer / ribcassettevloer
-
3c
76,7
Bekistingplaatvloer
170
4b
101,0
Ter plaatse gestorte betonvloer met 20% puingranulaat
170
4c
101,0
Keramische vloer
190
4c
119,0
Cellenbetonvloer, excl. druklaag
200
5a
193,0
Kanaalplaatvloer
Bron: NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten, Draagconstructies, 2012.
Voor een functionele eenheid van 1 m2 verdiepingsvloer van woningen, met een
overspanning van 5,40 meter en die voldoet aan de eisen van het Bouwbesluit,
kunnen de volgende constructiesystemen worden toegepast, gerangschikt vanuit
milieuoogpunt:
70
Milieuklasse 1 is vanuit milieuoogpunt de beste keuze, 2 een goede keuze, 3 een aanvaardbare
keuze, 4 een minder goede keuze, 5 af te raden, 6 een slechte keuze en 7 een onaanvaardbare keuze.
Duurzaam construeren met materialen
2013
70
Verdiepingsvloeren, excl. dekvloer en
vloerbedekking
Houten kanaalplaatvloer
Dikte
Milieuklasse
220
1a
CO2 uitstoot in kg CO2 eq. per
m2
22,4
Massief houten vloer
201
2c
53,5
Klimaatvloer
200
2a
54,9
Airdeck
340
2c
78,3
Kanaalplaatvloer incl. druklaag
200
2c
81,7
Bekistingplaatvloer
200
3a
90,3
Keramische vloer
190
3b
102,0
Ter plaatse gestorte betonvloer
250
3b
103,0
Bollenplaatvloer
230
3b
105,0
Slimline vloer (Infra+ vloer)
270
4a
122,0
Cellenbetonvloer
200
3c
181,0
Bron: NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten, Draagconstructies, 2012.
Voor een functionele eenheid van 1 m2 woningscheidende wand die minimaal
voldoet aan het bouwbesluit, kunnen de volgende constructiesystemen worden
toegepast, gerangschikt vanuit milieuoogpunt:
Dragende binnenwanden afgewerkt met 3 mm
natuurgipsspuitpleister
Houtskeletbouw wanden (met 2 x 12,5 gipsplaten)
Dikte
Milieuklasse
190
2a
CO2 uitstoot in kg CO2 eq.
per m2
54,3
Betonsteen blokken
150
1b
75,6
Kalkzandsteen elementen
300
1b
96,3
Gewapend beton wanden
230
2a
120,0
Cellenbeton blokken
150
2b
247,0
Bron: NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten, Draagconstructies, 2012.
Onderstaande tabel geeft een overzicht van de milieu-impact van een functionele
eenheid van 1 m2 plaatmaterialen. Hierin staat ‘db’ voor duurzame bosbouw en ‘sb’
voor standaard bosbouw.
Rogips wordt gewonnen tijdens de ontzwaveling van rookgassen van kolengestookte
elektriciteitscentrales, en vormt dus in feite een afvalstof die wordt ingezet als
grondstof. Bij Rogipsvezelplaten is 20% van de rogips vervangen door papiervezels.
MDF is Medium Density Board en bestaat uit houtspanen, verlijmd met UF-lijm.
Multiplex bestaat uit drie lagen schilfineer, verlijmd met UF-lijm.
OSB is Oriented Strand Board en bestaat uit drie lagen houtspanen, verlijmd met UFlijm.
HPL is High Pressure Laminate en bestaat uit onder hoge temperatuur en druk
samengeperste houtvezels en fenolhars.
Duurzaam construeren met materialen
2013
71
Dikte
Milieuklasse 71
CO2 uitstoot in kg CO2 eq. per m2
Vuren schroten, db
12
1a
5,6
Rogips kartonplaat
12,5
2a
14,9
Gipskartonplaat
12,5
2b
15,0
Rogips vezelplaat
12,5
2b
15,6
Plaatmateriaal (zonder wandafwerking)
MDF, db
9
2c
16,5
MDF, sb *
9
5b
16,5
Multiplex, vuren, db
12
3b
18,3
OSB, db
10
3c
13,9
OSB, sb
10
3c
13,9
8
4a
17,4
HPL-plaat, db
HPL-plaat, sb *
8
6b
17,4
Hardboard, 100% secundair hout *
4,8
4b
10,6
Multiplex tropisch hout, db
12
4c
37,7
Multiplex tropisch hout, sb *
12
>7c
37,7
Bron: NIBE’s Basiswerk Milieuclassificaties Bouwproducten, Inbouwpakketten, 2012.
2. Gebruik houtproducten met een langere levensduur.
De gemiddelde levensduur van constructiehout bedraagt volgens recente schattingen
75 jaar. Door gebruik van gemodificeerd hout, speciale houtkwaliteiten (loofhout,
Accoya 72, LVL, Plato hout 73, e.d.) of door vochtwerende afwerking kan de levensduur
van houtproducten verlengd worden.
3. Maak gebruik van de volledige houtcyclus.
Onderzoek eerst de mogelijkheden van hergebruik, daarna recycling (tot
plaatmateriaal) en tenslotte kan afgedankt hout gebruikt worden als koolstof-neutrale
energiebron.
71
Voor een aantal plaatmaterialen (aangeduid met *) geldt een hoge milieu-impact, door de slechte
score op het gebied van landgebruik.
72
Accoya® wordt gemaakt van snelgroeiend naaldhout uit duurzaam beheerde bossen. Door middel
van een gifvrij proces wordt het hout gemodificeerd tot een duurzaam product.
73
Plato Hout is hout dat middels een uitgekiend procedé van koken en bakken op een
milieuverantwoorde wijze is verduurzaamd. Dit gebeurt zonder gebruikmaking van chemicaliën en
alleen via een proces van temperatuur- en drukcombinaties.
Duurzaam construeren met materialen
2013
72
6.2.
Informatie
1. Brochure “Timmer aan minder klimaatverandering: Gebruik hout!”, uitgave van de
Europese Confederatie van de Houtindustrie CEI-Bois (2005).
(zie ook YouTube)
Duurzaam construeren met materialen
2013
73

CO2 binnen Remmits Beheer

Communicatieplan - IT

Download - Rational

Techniek en diergezondheid in de pluimveehouderij

PPT FEbiac

UNE TOUR DE BETON POUR LE « RED STAR LINE

Flyer CO2 footprintcursus versie november 2014

42007495

Download overzicht van fiscale wijzigingen

Communicatieplan (C: Transparantie)