Figur 1: Illustration av olika intressenters delar i värdekedjan för cement. Figuren är tagen ur [1].Betong är, efter vatten, världens mest använda material. Denna stora användning gör att utsläppen från cementproduktion står för cirka 8 procent av världens CO2-utsläpp. I en aktuell schweizisk rapport undersöks vilka möjliga vägar som finns för europeiska byggbranschen att minska utsläppen från betong och nå klimatmålen, enligt Parisavtalet [1]. Den här artikeln är en sammanfattning av denna rapport.
Rapporten är uppbyggd på olika scenarier med varierande insatser från olika intressenter i värdekedjan, från klinkerproduktion till byggnadens slutskede. Värdekedjan är illustrerad i figur 1. Det visar sig att det mest effektiva scenariot för reduktion av CO2-utsläpp från betong är det som bygger på nära samarbete mellan alla led i värdekedjan. Detta alternativ ger en möjlighet att reducera CO2-utsläpp från betongkonstruktioner med upp till 80 procent jämfört med 1990 års nivå, som EU definierat som referensår. Detta är möjligt utan större ändringar av standarder och med måttliga investeringar. Ett annat scenario innebär att ansvaret läggs huvudsakligen på en intressent, cementproducenterna, genom bland annat full implementering av CCS (carbon capture and storage). Detta scenario ger mindre reduktion av utsläppen, kräver högre investeringar och innebär högre risker.
Vidare diskuteras de olika scenariernas potential i relation till de utsläppsminskningar som krävs för att nå Parisavtalet och begränsa jordens uppvärmning till 1.5 °C. För detta analyseras även vissa åtgärder som ligger utanför gällande normer och standarder, eller genom att kombinera det mest lovande alternativet med olika andelar implementering av CCS. Dessa analyser visar att CO2-neutralitet är möjligt inom cement- och betongsektorn. Utifrån analyserna föreslås hur industrin kan styras mot att realisera denna potential genom mätetal som adresserar alla intressenter i värdekedjan. Vidare diskuteras också politiska styrmedel för att möjliggöra dessa förändringar i branschen.
Bakgrund Det finns många vetenskapliga studier och rapporter som analyserar utsläpp från cementindustrin. FN:s miljö-program, United Nations Environment Program UNEP, samordnar utvecklingen av globala miljöprogram och 2016 gav de ut en rapport som behandlar minskning av CO2-utsläpp från cementindustrin [2]. Denna rapport sammanställer forskningsläget och pekar bland annat ut två faktorer som har stor potential att bidra till minskade utsläpp globalt, dels minskad andel klinker i cement, och dels mer effektiv användning av cement i cementbaserade produkter, till exempel betong. Inom OECD-länderna står cementindustrin för 5 procent av CO2-utsläppen [3]. Möjliga vägar för minskning av dessa utsläpp analyseras i den nya rapporten [1] som kommer från ETH Zürich och EPFL i Lausanne, Schweiz, och är finansierad av Europeiska Klimatfonden.
Möjliga vägar för att reducera CO2 från betongkonstruktioner I rapporten analyseras tio olika områden och vilken potential dessa har att bidra till utsläppsminskning;
Energieffektivitet inom klinker-produktion
Alternativa bränslen
Återvinning av finmaterial från betong
Minskning av andel klinker i cement
Alternativa bindemedel
Minskning av cementanvändning genom optimering av betongrecept
Strikt efterlevnad av standarder och normer
Minskad betonganvändning i bärverk
Belöna återanvändning och återvinning
Koldioxidlagring, CCS
De olika intressenterna i värdekedjan har olika möjlighet att bidra inom de olika områdena.
Den första intressenten i värdekedjan är cementproducenterna. I Europa har man under längre tid jobbat med energieffektivisering av klinkerproduktionen och alternativa bränslen, vilket gör att det finns begränsad potential för förbättringar inom dessa områden. Den stora potentialen finns i minskad andel klinker i cement. I Europa är andelen klinker i cement i medeltal 73 procent idag. Det vanligaste cementet är CEM II/A med kalkstensinblandning, vilket står för 47 procent av marknaden. Förbättringspotential finns genom att kombinera med aluminiumrika material som kalcinerad lera eller flygaska (till exempel CEM II/B-M). Då andelen klinker sänks minskar dock den tidiga hållfastheten, vilket kan kompenseras genom till exempel optimerad malning.
Det sker även utveckling av alternativ till klinkerbaserade cement, men potentialen för dessa är begränsad på grund av begränsad tillgång på råmaterial, höga kostnader och även teknisk prestanda. Den största potentialen för dessa tros vara för nischprodukter som är industriellt framställda. I rapporten uppskattas dessa sammantaget kunna stå för max 10 procent av marknaden 2050. Ett annat alternativ för cementproducenterna är CCS. Ett stort hinder för denna teknik är de stora investeringar som krävs, men även tillgången på el som inte bidrar till CO2-utsläpp vid produktion.
Det andra ledet i värdekedjan är producenter av cementbaserade produkter såsom betong, bruk och puts. Här finns stor potential för minskning av andel cement i produkter. I Europa används hälften av allt cement till armerade betongkonstruktioner, andra hälften finns huvudsakligen i bruk, puts, oarmerad betong och betongprodukter. Vid produktion av färsk betong ersätts i medel 20 procent av cementet av tillsatsmaterial och då används huvudsakligen CEM I eller CEM II, det vill säga de cement med större andel klinker. Det finns stor potential till minskade utsläpp om normer för cement-användning i betong skulle följas strikt, idag är 20 procent överanvändning vanligt. Detta är möjligt genom optimering av ballastgradering och genom användning av tillsatsmaterial och tillsatsmedel.
Det tredje ledet i värdekedjan är byggproduktion. Här finns en betydande potential både i att strikt ange korrekt exponeringsklass, och även i att strikt följa de krav som anges för given exponeringsklass. Vad gäller den använda betongvolymen är infrastrukturkonstruktioner generellt väl optimerade i förhållande till last, vilket sällan är fallet inom husproduktion. Det finns här kortsiktigt stora besparingar att göra genom att kräva dimensionering enligt norm utan överanvändning av material. Utvecklingen inom prefab med digitalisering av produktion ger även allt bättre möjligheter till konstruktiv optimering.
För alla delar i värdekedjan finns potential i ökad återvinning och återanvändning av material. Finmaterial kan återanvändas både genom återföring i ugnen vid klinkerproduktion och direkt vid betongproduktion. För att möjliggöra detta krävs noggrann sortering vid rivning så att materialet är fritt från inblandning av andra material till exempel tegel och gips.
Återvinning av grövre fraktioner återvunnen betong som ballast har mindre potential då denna redan används i stor utsträckning, tex vid vägbyggnad. Dessutom krävs ökad cementhalt i betongen om krossad betong används som ballast, vilket ger minskad eller negativ effekt av den återvunna ballasten, sett per kubikmeter betong. Återanvändning av element har också stor potential, och i längden även att utforma flexibla byggnader som ger möjlighet till olika användning över tid.
Figur 2: De fyra scenarierna i relation till behov av investering och vilka intressenter som inkluderas. Figuren är tagen ur [1].Potential i olika strategier Utvecklingen inom branschen begränsas av två faktorer, dels behovet av investeringar och dels den fragmenterade värdekedjan med bristande interaktion mellan de olika intressenterna. För att undersöka potentialen i de tio olika områdena definieras fyra olika scenarier vilka är illustrerade i figur 2.
Referensscenario: Små investeringar av cementtillverkare och måttlig utveckling avseende alternativa bränslen och klinkerandel i cement.
Scenario 1: Stora investeringar i CCS för cementproducenter och implementering av alternativ till klinker.
Scenario 2: Måttliga investeringar fördelade på intressenter längs hela värdekedjan för ökad användning av alternativa bränslen och återvinning av betong, speciellt som finfraktion. Optimering av betongrecept genom optimering av ballastgradering och efterlevnad av standard för cement-användning i olika applikationer.
Scenario 3: Motsvarande scenario 2 men med något ökade investeringar inom framförallt prefabindustri, samt även inkludering av optimering på byggnadsnivå och återanvändning av element.
Figur 3: Potentiell minskning av CO2-utsläpp från 2015 till 2050 för de olika intressenterna i värdekedjan. Figuren är tagen ur [1].Den totala utsläppsminskningen är baserad på 1990 års användning av cement. Under åren 1991–2015 har utsläppen från cement minskat med 40 procent i EU, varav en minskad cementanvändning står för 30 procent. För att klara Parisavtalet behöver dock sektorn troligen komma ner till nära nollutsläpp. Beräkningarna för de olika scenarierna relaterar till en byggtakt motsvarande 2015 års nivå, då prognoser visar att denna nivå är trolig inom EU fram till 2050. I grundfallen för scenarierna förutsätts även bibehållna egenskaper (hållfasthet och beständighet) och standarder. Figur 3 visar potentialen för de olika scenarierna jämfört med cementanvändning 2015, där Scenario 3 har störst potential. För att realisera denna potential krävs tre huvuddelar. För det första måste avfallshantering gå mot återanvändning, dels av hela element men även av finmaterial som råmaterial vid cementproduktion och betongproduktion. För det andra krävs även att branschen strikt följer standarder avseende exponeringsklass, betongrecept och konstruktiv utformning. Framförallt bygger detta på att hela värdekedjan inkluderas i arbetet. Även Scenario 1 har stor potential. Dock innebär detta alternativ avsevärt högre investeringar och högre risk.
Inget av alternativen klarar målet för att nå Parisavtalet. Därför har vidare analys gjorts genom att kombinera de mest lovande scenarierna. Man har även analyserat möjligheter till minskningar inom Scenario 3 genom att gå utanför idag gällande standarder, och inkluderat kraftig optimering av både betong och byggnader. Detta är sammanfattat i figur 4, som visar olika alternativ för att klara klimatmålen. Här illustreras att det finns goda förutsättningar för stora minskningar utifrån dagens för-utsättningar, men för att nå klimatmålen behöver vi gå längre. Ett sätt är att delvis införa CCS, och ett annat sätt är större insatser i form av optimering och förändring av standarder.
Figur 4: Möjligheter för att nå Parisavtalet och 1.5 graders målet. Figuren är tagen ur [1].Rekommendationer, styrmedel och mätetal För att realisera dessa minskade utsläpp behövs stabila marknadsförutsättningar och politiska styrmedel som driver branschen i denna riktning. För de tio områdena diskuteras vilka hinder som finns och vilka politiska styrmedel som skulle kunna undanröja dessa hinder. Exempel på sådana styrmedel är
Initiativ som öppnar upp för affärsmodeller mellan avfallshanterare och cementproducenter
Ekonomiska incitament för investeringar i förbättrad malning och kalcinering av leror
Krav att standarder och normer följs utan överanvändning av cement
Inkludering av optimering på alla nivåer (cement, betong & byggnad) vid upphandling
Lagligt ramverk för handel och transport av CO2
De senaste årens arbete för minskade utsläpp har fokuserat på primärindustri å ena sidan, och energianvändning i bruksfasen å andra sidan. Detta fokus på två ändar av värdekedjan, det vill säga i fallet byggbranschen, cementproducenter och förvaltare, har inte inkluderat mittensegmenten och inte heller gynnat interaktionen mellan intressenter längs hela värdekedjan. Utifrån denna problembild föreslås även mätetal som styrmedel för att adressera alla delar av värdekedjan; klinker, cement, betong och byggnad.
För cementproducenter finns redan detta fokus och målet bör vara 0.7 kg CO2/kg klinker. I FN-rapporten [2] identifieras ’kg cement/m3/MPa’ som ett bra styrmedel för betongproducenter. Ofta används idag mer än 8 kg cement/m3/MPa, samtidighet som det idag är möjligt att producera betong med bara 5 kg cement/m3/MPa. Sammanfattningsvis föreslås en indikator som styr klinkeranvändningen till att vara mindre än 3.5 kg klinker/m3/MPa.
Slutligen poängteras vikten av indikatorer för stommens totala utsläpp, samt för byggnaden totalt. Detta möjliggör mätetal för konstruktörer och byggherrar. För stommen föreslås utsläppen begränsas till max 250 kg CO2/m2, och för byggnaden som helhet max 500 kg CO2/m2.
Sammanfattning Tidigare undersökningar [4] [5] [6] [7] har fokuserat huvudsakligen på minskade utsläpp från cementproduktion, vilket kräver enorma investeringar och stora risker. Alternativen som presenteras i den nya rapporten [1], sammanfattad i denna artikel, visar på den stora potential som finns i att involvera alla intressenter i värdekedjan.
I ett längre perspektiv behöver tekniker som CCS bidra för att fullständigt klara klimatmålen, men det tar tid innan dessa är implementerade. De alternativ som presenteras i rapporten kan implementeras i ett betydligt kortare perspektiv, vilket är nödvändigt för att nå klimatmålen. En fördel med dessa åtgärder på kort sikt är även att cementanvändningen minskar samtidigt som det ekonomiska bidraget till samhället inte påverkas. Detta är fördelaktigt då det möjliggör minskad framtida energi-användning och minskad konkurrens om alternativa bränslen och ren el. Det ger även möjlighet till lägre investeringar i CCS. Slutligen finns potential utöver Scenario 3, svårigheten i att realisera dessa är att hitta rätt styrmedel och incitament för att ytterligare öka samarbetet i hela värdekedjan.
Referenser: [1] A. Favier, C. De Wolf, K.L. Scrivener, G. Habert, A Sustainable Future for the European Cement and Concrete Industry – Technology assessment for full decarbonization of the industry by 2050, Rapport, ETH Zürich och EPFL, Schweiz, 2018. www.doi.org/10.3929/ethz-b-000301843 (2018).
[2] K.L. Scrivener, V.M. John, E.M. Gartner, Eco-efficient cements: Potential, economically viable solutions for a low-CO2, cement-based materials industry, United Nations Environment Program, 2016.
[3] IEA, Energy and CO2 emissions in the OECD, 2017.www.iea.org/media/statistics/ Energy_and_CO2_Emissions_in_the_OECD.pdf (2018). [4] IEA-CSI, Technology Roadmap – wLow-Carbon Transition in the Cement Industry, (2018). [5] The European Cement Association, The role of Cement in the 2050 Low Carbon Economy, 2013. www.cembureau.eu/media/1500/cembureau_2050roadmap_lowcarboneconomy_2013-09-01.pdf (2018). [6] Material Economics, The Circular Economy a Powerful Force for Climate Mitigation, n.d. www.materialeconomics.com/publications/the-circular-economy (accessed June 21, 2018).
[7] Johanna Lehne, Felix Preston, Making Concrete Change: Innovation in Low carbon Cement and Concrete, Chatham House. (n.d.). www.chathamhouse.org//node/37053 (2018).
