Karbonopptak fra materialbruk

Bruk av noen produkttyper fører til at karbon tas opp fra atmosfæren og lagres i fast form, og har derfor en nedkjølende klimaeffekt. I FutureBuilt ZERO inkluderes karbonopptak fra tre- og sementbaserte produkter.

Biogent karbon i trebaserte produkter

Biogent karbonopptak skjer for nye og ombrukte treprodukter i byggefase og driftsfase (B1).

Utslippskilde \ livsløpsfase	A1-3	A4	A5	B1	B4	B6	C2	C3	D
Biogent karbonopptak				✔️

Beregning (årlig)

For et produkt anvendt i år , er biogent karbonopptak for hvert år i levetiden

hvor,

• er vekten benyttet produkt i år
• er biogent karboninnhold per tørrvekt. Kan forenklet antas å være 50% av tørrvekt treinnhold (trebasert produktandel).

Av dette totale karbonopptaket er det ikke alt som kan tas med i regnskapet. Følgende begrensninger gjelder:

• Kun karbonopptak som skjer i bygningens levetid (50 år) medregnes
• Kan maksimalt være av samme størrelse som summen av (1) utslipp fra avfallshåndtering og (2) produksjonsutslippene
• Biogent karbonopptak gjelder ikke for kapp og svinn

Forenklet beregning

Biogent karbonopptak for et produkt anvendt i byggefasen er

Biogent karbonopptak for et produkt anvendt i driftsfasen er

Av dette totale karbonopptaket er det ikke alt som kan tas med i regnskapet. Samme begrensning som over gjelder.

Bruk av trebaserte/biogene materialer fører til en midlertidig lagring av karbon så lenge produktet er i bruk:

1. Tilvekst av ny skog. Nye trær vokser opp i området der de ble kuttet ned, og denne tilveksten av ny skog fører til karbonopptak. Opptaket skjer over mange år i løpet av bygningens driftsfase.
2. Avfallshåndtering. Treproduktene i bygget avfallshåndteres ved endt levetid, og noe av karbonet lagret i produktene vil da oksideres og tilbakeføres til atmosfæren.

Begge disse effektene og den samlede effekten er fremstilt i Figur K.1 under.

Karbonopptaket skjer i driftsfasen og rapporteres i B-modul. Avfallsforbrenning skjer i alle hovedfaser (A, B, C).

For materialer med kortere levetid enn bygget vil utslipp fra forbrenning være høyere fordi forbrenning av utskiftninger kommer i tillegg. Materialsvinn gir umiddelbare utslipp fra forbrenning. Her beskrives disse prosessene og metoden som ligger til grunn.

Detaljert beskrivelse av metoden for karbonopptak i skog

Under produksjon av byggevarer av tre hogges det ned skog. Så lenge skogdriften forvaltes bærekraftig* vil nye trær vokse opp og erstatte hogst. Tilveksten av nye trær binder over tid CO fra atmosfæren, som lagres som karbon, C, i trevirke. Denne tilveksten fører til karbonopptak gjennom byggets levetid, hvor karbonen lagres i de nyvokste trærne inntil de på nytt hogges. Hvor mye karbon som tas opp i tilveksten i løpet av levetiden til bygget er avhengig av mange faktorer, blant annet trærnes vekstfunksjon. Fordi utslipp og opptak tidsvektes vil det også være av betydning når i byggets levetid opptaket skjer. I vitenskapelig litteratur argumenteres det for å bruke en dynamisk metode for å på en best mulig måte hensynta denne effekten, se f.eks. Hoxha et al. 2020. Den dynamiske metoden anvendt i FutureBuilt ZERO er beskrevet her.

*For at skogsdriften skal betraktes som bærekraftig stilles dokumentasjonskrav iht. NPCR015. Dette er samme krav som stilles til EPD for utvalgte produktgrupper i EPD-Norge. Dokumentasjonen kan ifølge NPCR015 være `chain-of-custody' sertifiseringer som FSC og PEFC. Hvis slik sertifisering ikke er tilgjengelig, skal det dokumenteres samsvarserklæring med EUTR 995/2010.

Det antas her en forenklet vekstfunksjon

oppdatert funksjon for versjon 3 kommer her

Denne funksjonen er basert på en rotasjonsperiode på 100 år, som her antas å være representativ for norsk gran Guest et al. 2013. Ved , den antatte rotasjonsperioden, har trærne vokst tilbake til størrelsen de hadde ved hogst. Ved slutten av byggets levetid vil 82% av mengden karbon lagret i byggevarene () være tatt opp i nye trær, siden bygningens levetid på 50 år er kortere enn rotasjonsperioden på 100 år. Det er altså kun karbonopptaket gjennom byggets levetid som medregnes, på lik linje med alle andre utslippskilder. Hva som skjer med trærne etter endt analyseperiode er dermed utenfor regnskapet. Karboninnholdet varierer mellom treprodukter men ligger rundt per tørrvekt, som er verdien som anvendes her. Når karbon oksideres og blir til karbondioksid øker også vekten på grunn av de to oksygenatomene, og hvert kg karbon blir til kg karbondioksid. Totalfaktoren for biogent karbonopptak under tilvekst av trær blir da

oppdatert funksjon for versjon 3 kommer her

som vil si at hvert kilogram trevirke i bygningen fører til opptak av ~1.3 tidsvektede kilogram karbondioksid i løpet av byggets levetid. Her er tidsfaktoren beregnet basert på årene for opptak i vekstkurven.

For utskiftninger av treprodukter brukes samme metode som overfor. Med en antakelse om at en gjennomsnittlig utskiftning skjer halveis ut i byggets levetid, etter 25 år, gir 25 års veksttid ~0.75 tidsvektede kilogram karbondioksid i løpet av byggets levetid

Det er imidlertid begrensninger for hvor mye av dette karbonopptaket som godskrives i regnskapet. Effekten av biogent karboninnhold gjelder kun for trevirke med opphav fra bærekraftig skogdrift. Det er en begrenset mengde tre tilgjengelig i verdens skoger, altså er det en ressursknapphet som må tas hensyn til. Det har under utvikling av metoden vært en bekymring at et for stort fratrekk i regnskapet for trevirke kan føre til mindre fokus på å redusere materialmengder, og dermed økt materialforbruk. Siden overforbruk er uønsket for en begrenset ressurs, er det i FutureBuilt ZERO kun mulig å oppnå en delvis kompensasjon fra klimaeffekten av biogent opptak fra fremstilling og avfallsforbrenning av trevirke. Det biogenet opptaket rapporteres i modul B og begrenses slik at det maksimalt kan være av samme størrelse som summen av (1) utslipp fra avfallshåndtering av treproduktet og (2) av produksjonsutslippene Transportutslipp kan ikke kompenseres for med biogent opptak. Utslipp fra materialsvinn kan heller ikke kompenseres for siden disse utslippene ikke vil ha effekten av midlertidig lagring. I mange tilfeller vil dette føre til at trevirke ender opp med omtrent 20% av produksjonsutslippene, i tillegg til utslipp fra materialsvinn og transport. Etter materialsvinn og transportutslipp er tatt inn i regnskapet vil treproduktet ha større utslipp. Dokumentert ombrukbarhet vil fortsatt føre til fratrekk fra produksjonsutslippene i D.

Detaljer rundt utslipp fra avfallsforbrenning av treprodukter

Utslipp fra avfallsforbrenning er beskrevet i avsnitt avfallsforbrenning, og skal medregnes for alle brennbare produkter, ikke bare trevirke. Det gis her en grundigere bakgrunn spesifikt til avfallsforbrenning av treprodukter.

Treprodukter i bygg lagrer karbon inntil de en gang i fremtiden avfallshåndteres. Det er mulighet for at noe av avfallet brennes, og det lagrede karbonet i treproduktet vil da oksideres og bli til CO som slippes ut i atmosfæren. Treavfallet i Norge går i dag hovedsakelig til energigjenvinning, og fra 2020 stiller EUs rammedirektiv krav om materialgjenvinning av treavfall fra bygge- og anleggsvirksomhet \cite{alfredsen2018sekundaerraastoff}. Altså vil det være rimelig å anta substitusjonseffekter for forbrenning av trevirke selv om det er uvisst hva som skjer med slikt avfall i fremtiden; det er i dag ikke mulig å si hvor stor andel som vil brennes, og det er en mulighet for at en slik eventuell forbrenning vil foregå med karbonfangst og lagring i fremtiden. I byggefasen har en mulighet til å direkte påvirke hvor mye av kapp og svinn som går til materialgjenvinning. Materialgjenvinning vil forhindre (forsinke) forbrenningsutslipp. Materialgjenvinning av svinn i byggefasen hensynstas i metoden, som beskrevet i kapittel \ref{sec:forbrenning}. Vekten av treprodukt som går til avfallsforbrenning ganges med avfallsforbrenningsfaktorene for trevirke, også beskrevet i kapittel \ref{sec:forbrenning}. Faktorene allokerer utslipp fra avfallsforbrenning 50/50 mellom avfallssektoren og fjernvarmeproduksjon, som fører til at halvparten av forbrenningsutslippene tilskrives bygningen.

Biogent karbon lagret i treprodukter i bygningen blir først sluppet ut i atmosfæren igjen når treproduktet blir brent eller råtner en gang i fremtiden. I B-modulen skjer dette i verste fall i takt med utskiftningene, dvs. at de vektes med tidsfaktor for år 1-50. Dette er en konservativ implementering av lagringseffektene, da forbrenning ofte ikke vil skje samtidig som utskiftningene, men heller senere, og forråtnelse også vil føre til delvis lagret karbon over lengre tid.

Forenklinger og antakelser

Ved utvikling av denne forenklede beregningsmetoden har noen kompliserende faktorer ved fremstilling av trevirke blitt utelatt. Kun deler av treet ender i virkeligheten opp som byggevarer. Greiner og topper (GROT) blir ofte etterlatt i skogen. Betydelige deler av treet bli værende igjen i form av røtter under bakken. Karbon fra disse delene av treet går dels inn i jordsmonnets karbonlager og blir dels oksidert gjennom forråtnelsesprosesser som gir utslipp fra skogbunn og jordsmonn. Oksidering av den biogene karbonen i restproduktene, altså i hvor stor grad den biogene karbonen går tilbake til atmosfæren i form av karbondioksid, er ikke med i metoden.

En annen effekt som ikke er hensyntatt er at skogsdrift kan øke albedoeffekten fra boreal skog (nordlige skoger). I litteraturen har det blitt vist sterkt varierende effekter, fra -0.18 kgCOe/kgCO Guest et al. 2013 og opp til positive tall; dette er derfor ikke hensyntatt her.

Karbonatisering av sement

Karbonatisering skjer for nye sementprodukter i byggefase og driftsfase (B1).

Utslippskilde \ livsløpsfase	A1-3	A4	A5	B1	B4	B6	C2	C3	D
Karbonatisering				✔️

Sementprodukter vil over tid binde karbondioksid fra luften, en prosess som kalles karbonatisering. Dette karbonopptaket (negative utslippene) kan i løpet av byggets levetid kompensere for deler av utslippene fra produksjon av materialene.

Beregning

For et sementprodukt anvendt i år , er karbonopptak for hvert år i levetiden

hvor,

• er vekten benyttet produkt i år
• er sementinnhold per tørrvekt.

Forenklet beregning

Karbonopptak for et sementprodukt anvendt i byggefasen er

Karbonopptak for et sementprodukt anvendt i drifsfasen er

Detaljert beskrivelse av metoden for karbonatisering av sement

En forenklet modell for opptaket over en 100 års periode er fremstilt i Figur K.2. Her er det antatt et opptak 94 kg CO per tonn sement etter en brukstid på 100 år \cite{engelsen2014co2}. Det vil være mest opptak de første årene, og opptaket vil deretter avta eksponentielt. Den approksimerte funksjonen brukt her er per kg sement. Etter 25 år vil omtrent halvparten av opptaket som skjer over en 100 års periode ha funnet sted, hvorav kun det opptaket som skjer i årene som inngår i byggets levetid tillegges bygget. Tidsfaktoren er beregnet basert på årene for opptak i karbonopptakskurven frem til år 50. Videre vil det kunne skje et forhøyet opptak om sementproduktet etter levetiden knuses opp og i høyere grad eksponeres for luft; denne effekten kan ikke tillegges bygget, men snarere den eventuelle videre bruken av materialene.

Mengden opptak i løpet av byggets levetid per kg sement er gitt av totalfaktorene oppgitt ovenfor.

Faglig bakgrunn for karbonatisering

Karbonatisering er en kjemisk prosess som oppstår når en betongflate er i kontakt med luft. Luften diffunderer langsomt inn i betongen. Karbondioksid fra luften (CO) og vann (HO) reagerer kjemisk med kalsiumhydroksid i betongen (Ca(OH)), slik at det dannes kalsiumkarbonat (CaCO).

Karbonatiseringsdybden kan beskrives av en versjon av Fick’s lov, som _2, der er en karbonatiseringsfaktor avhengig av ulike material- og miljøfaktorer, og er tid.

Karbonatiseringshastigheten er avhengig av tettheten i betongen, i tillegg til fasthetsklassen (v/c-tall og materialvalg), utstøpning, herdevilkår og etterbehandling, rissvidder og miljø (fukt, temperatur, luftkvalitet, mm). Vannmettet eller helt tørr betong karbonatiserer ikke. I en rapport fra SINTEF Byggforsk \cite{engelsen2014co2} er det beregnet at årlig mengde CO-opptak i betongvarer i Norge er 111 kg CO per tonn sement. Dette er med forutsetning om 100 års brukstid og deretter 100 års gjenbruksfase. I løpet av brukstiden, fant studien at 94 kg CO per tonn sement ble bundet i betongen. I rapporten finnes det også eksempler på beregninger av GWP for ulike bygningskomponenter. For en innervegg av ubehandlet betong som er eksponert på begge sider, er det beregnet et GWP på 9,2 kg COe per m i løpet av 50 års brukstid. For 100 års brukstid er opptaket beregnet til 11,9 kg COe per m. Opptaket etter endt levetid er estimert til å være 0,12 kg COe per m for veggen med 50 års levetid, og 0,8 kg COe per m for veggen med 100 års levetid. Det ble antatt at 10% rives etter endt levetid, og at 90% av dette knuses.

Karbonopptaket for et hulldekke er estimert til å være henholdsvis 7,7 kg COe per m overflate i bruksfasen for en levetid på 50 år og 10 kg COe per m for en levetid på 100 år \cite{engelsen2014co2}. Eksemplene over viser at karbonatisering gir et opptak av CO tilsvarende 8-13% reduksjon av utslippet i produksjonsfasen, når karbonatiseringen skjer i løpet av 50 års brukstid, per m eksponert betong. I \cite{andersson2013calculating} er det gitt et formelverk med tilhørende karbonatiseringsfaktorer for beregning av CO-opptak i ulike betongprodukter avhengig av fasthetsklasser og bruksforhold (utendørs eksponert, innendørs, malt eller umalt, etc.). Dette kan eventuelt benyttes for å estimere karbonopptak i ulike typer bygg. I FutureBuilt ZERO kriteriene har vi imidlertid valgt å bruke et forenklet estimat for CO-opptak i sementprodukter.