Stål som miljøvennlig byggemateriale –
Stål som miljøvennlig byggemateriale – Eksempler på livsløpsanalyse av stålkonstruksjoner, stålkvaliteter og gjenbruk for miljøvennlige konstruksjoner Versjon 1, 18 september 2015 www.sisvi.no 1 Miljøutfordringer i byggebransjen – stålets rolle Stål produseres hovedsakelig på to forskjellige måter: Gjennom det siste århundret har vi i økende grad blitt var på konsekvensene av våre aktiviteter her på jorden. Vi tilføyer mer utslipp til jord, vann og luft enn hva naturen kan fordøye – og effekten av menneskelig habitat er ikke lenger mulig å feie under teppet. Eksempelvis er smog og partikkelutslipp, dårlig luftkvalitet, sur nedbør, global oppvarming og lekkasje av næringssalter til sjø og vann alle tegn på menneskelig aktivitet. Her står byggesektoren for størsteparten av utslippene blant industrisektorene, med utvinning av halvparten av alle primærmaterialer, 40% av sluttenergiforbruk, en tredjedel av klimagassutslipp og en tredjedel av alt avfall i Europa(1,2). Byggebransjen har derfor et enormt ansvar, som gjenspeiles i myriaden av miljøtiltak, standarder, retningslinjer og frivillige ordninger som har dukket opp de siste tiårene. Samtidig er vi en verden i vekst, og skal vi fortsette utbygging og utbedring av boliger, næringsbygg, offentlige bygninger og infrastruktur må dette skje på en bærekraftig måte. Dette setter høye krav allerede i prosjekteringen, samt til byggets energi- og ressurseffektivitet. Men den aller viktigste nøkkelen til reduserte utslipp er riktig valg av miljøvennlige materialer. 2 Stålproduksjonen Stålproduksjon er verdens nest største næring, etter petroleumsindustrien, målt i omsetning (4) . I 2014 ble det produsert 1665 millioner tonn stål på verdensbasis, noe som er tilnærmet en dobling siden årtusenskiftet (3). Gjennomsnittlig stålforbruk i verden per person har økt fra 150 kg i 2001 til 217 kg i 2014 (4). Fram mot 2050 er det forventet at stålproduksjonen må økes med 50% i forhold til dagens nivå, for å møte behovet til den økende befolkningen (5). Versjon 1, 18 september 2015 Ved bruk av basisk surstoffovn (Basic Oxygen Furnace-BOF), hvor malmbasert råjern er basismateriale. Råjernet blir fremstilt i masovner fra jernmalm, koks og kalkstein. Denne produksjonsmetoden benytter gjennomsnittlig 1400 kg jernmalm, 800 kg koks, 300 kg kalkstein og 120 kg resirkulert stål for å produsere 1000 kg råstål (6). Ca 70% av verdens stål produseres på denne måten (3). Ved bruk av elektrisk lysbueovn (Electric Arc Furnace – AEF), som hovedsakelig smelter om resirkulert stålskrap. Denne produksjonsmetoden benytter gjennomsnittlig 880 kg resirkulert stål, 160 kg koks og 64 kg kalkstein for å produsere 1000 kg råstål (6) . Ca 30% av verdens stål kommer fra gjenbrukt stål (3). Stålindustrien har en meget høy grad av utnyttelse av råmaterialer. 96% av alle råmaterialer blir enten konvertert til stålprodukter, direkte gjenbrukt i produksjonen eller brukt til andre formål. Slagg er det største bi-produktet fra stålproduksjon, og brukes ofte som tilsetting i sementproduksjon, i asfalt-produksjon eller som gjødsel. Gass fra produksjonen av stålet blir renset og brukt internt for å produsere elektrisitet (6). 2.1 «Vanlig» stål Uttrykket vanlig stål brukes som regel om legeringer som hovedsakelig består av jern og karbon. Denne legeringen kalles også ofte bare karbonstål, siden ingen andre legeringselementer er blandet inn (Det kan være igjen små rester av andre metaller, men så lenge de ikke er tilsatt med hensikt for å oppnå spesielle effekter kalles de ikke legeringer). Inneholder stålet mer enn 2,1% karbon kalles det ofte støpejern eller www.sisvi.no høykarbonstål. Når man begynner å tilsette andre elementer får man det vi kaller legerte stål, enten høylegerte eller lavlegerte stål. Vanlig karbonstål brukes ofte der det er bruk for store kvantum stål, samtidig som det ikke er alt for høye krav til egenskapene til stålet. Vanlig stål er også relativt billig i forhold til mer avanserte alternativer. 2.2 Høyfast stål Ståltyper som er legert for å oppnå høyere styrke, kalles ofte høyfaste stål. Styrken til stålet blir som regel beskrevet ved flytegrensen. Desto høyere flytegrense, desto større styrke. Høyfaste stål har en karakteristisk flytegrense som er høyere enn 420 MPa (Newton/mm2). Det finnes flere eksempler på høyfaste stål, som mikrolegerte finkornstål, seigherdede mikrolegerte stål og lavlegerte konstruksjonsstål. Høyfaste stål har i tillegg til høyere styrke flere gode egenskaper, som økt korrosjonsmotstand, høyere slitestyrke og lengre levetid. Den økte materialeffektiviteten høyfaste stål muliggjør fører med seg en positiv kaskadeeffekt. Arkitekter kan designe slankere konstruksjoner og utnytte trange urbane rom på en bedre måte med sterkere stål. Man reduserer byggekostnader, energi- og råvareforbruk, og minsker miljøbelastninga ved å produsere mindre, transportere mindre og behandle mindre og lettere stål. 2.3 Resirkulering og ombruk Stål er 100% resirkulerbart og kan gjenbrukes i det uendelige uten å miste egenskapene sine. Omtrent 650 millioner tonn stål resirkuleres hvert år (7), som fører til betydelige reduksjoner i energi- og råmaterialforbruk og en utslippsreduksjon på 900 millioner tonn CO2 (8). Alt avfall fra stålproduksjonen og prosesseringen av stålprodukter blir direkte resirkulert i produksjonen. Takket være de magnetiske egenskapene, lar stålet seg lett utskille fra generelle avfallsstrømmer fra forbruk. Versjon 1, 18 september 2015 Stål kan også designes for direkte ombruk ved bruk av universalutforming, som gjør det enda mer gunstig med tanke på energieffektivitet. Om stålet brukes om igjen direkte, eller resirkuleres og smeltes om, sikres uansett verdien av råmaterialene investert i produksjonen. Om lag 75% av alt stål som noensinne er produsert er fortsatt i bruk i dag (9) . Stålets egnethet for resirkulering er en viktig faktor for byggebransjens mål om å oppnå en sirkulær byggeøkonomi. 3 3.1 Stål og miljø Livsløpsanalyse (LCA) Livsløpsanalyser brukes til å vurdere et produkts eller en konstruksjons miljøpåvirkninger gjennom et helt livsløp, fra vugge til grav. Dette innebærer at man ser på alle aspekter ved livsløpet, fra utvinning av råvarer, produksjon, transport, bruksfase og avhending. Alle energi- og materialstrømmer inn og ut av systemet kartlegges og evalueres. Dette verktøyet er svært verdifullt når man skal skaffe seg et fullstendig oversikt over et produkts miljøpåvirkninger. LCA er blant annet benyttet for å utvikle EPD’er som gjør det enklere å gjøre gode valg av materialer og teknologier for konstruksjon. 3.2 Friends Arena – Høyfast miljøgevinst Et eksempel på miljøeffekten av å benytte høyfaste stål fremfor vanlige stål kan vises fra konstruksjonen av taket på Friends Arena i Stockholm. Her er det benyttet 32% høyfast stål, mens resten består av vanlig konstruksjonsstål av typen S335 (med flytegrense på 355 MPa). For å illustrere effekten av å øke andelen høyfast stål, ble det regnet ut utslipp av CO2-ekvivalenter for et referanse-scenario hvor alt stålet er vanlig S335 stål. Deretter ble det kalkulert utslipp for det reelle scenarioet, med 32% høyfast stål, kalt Alternativ A, og et scenario hvor andelen høyfast stål er økt til 54%, kalt Alternativ B. Total vekt av taket før oppgradering var 4584 tonn. Etter den reelle oppgraderingen er totalvekten på 4000 tonn. Dette svarer til en www.sisvi.no total vektreduksjon på 13%, og en vektreduksjon på 21% for de oppgraderte elementene. Ved oppgradering til alternativ B havner totalvekten på 3852 tonn. Det gir en total vektreduksjon på 16%, mens vekten for de oppgraderte elementene reduseres med 28%. I figur 1 kan man se hvordan utslippene av CO2ekvivalenter per kilo produsert stål avhenger av flytegrensen for de forskjellige stålelementene. Utslippstallene i figur 1 gjelder for «vugge til port» -fasene for stålet. Figur 1: Utslipp av CO2-ekvivalenter per kilo stål, som en funksjon av flytegrensa til stålet. Figur 2 viser hvordan utslippene går ned for Alternativ A og B for produksjonsfasen og for transport. Selv om utslippene går opp per vektenhet stål produsert, som vi ser i figur 1, går de totale produksjonsutslippene ned, da det trengs mindre stål for Alternativ A og B. Transportutslippene senkes når det totalt sett trengs mindre stål i Alternativ A og B. Resirkuleringen av stålet bøter på de totale utslippene. Men som vi ser i figur 2 så er det mindre stål å resirkulere i Alternativ A og B, og dermed mindre reduksjon av totale utslipp. I tillegg til reduserte utslipp i produksjons- og transportfasen er det flere betydelige fordeler med sterkere og lettere stål. Fundamentering av konstruksjonene blir mindre krevende ved bruk av stål, og spesielt høyfaste stål, som igjen fører til reduserte utslipp. Under monteringen av byggverket vil det være flere prosesser, som for eksempel manøvrering og sveising, som vil være enklere siden materialet er lettere og tynnere. Utslippsreduksjonen fra disse prosessene er ikke så lett å kvantifisere, og er heller ikke veldig betydelige i den store sammenhengen, men likevel et bidrag i riktig retning. Samlet utslippsreduksjon for henholdsvis Alternativ A og B ligger på 15 og 22% i forhold til referansescenarioet, og vitner om at mulighetene for miljøgevinst ved økt bruk av høyfaste stål er betydelige (10). Før oppgradering 7000 Alternativ A - 32% AHSS Alternativ B - 54% AHSS Tonn CO2-ekvivalenter 5000 3000 1000 Stålproduksjon Transport Resirkulering Total Totalt spart -1000 -3000 Figur 2: Utslipp av CO2-ekvivalenter i tonn per livssyklusfase. Versjon 1, 18 september 2015 www.sisvi.no Dette faktabladet er utarbeidet i samarbeid mellom Norsk Stålforbund og SISVI, et kompetanseprosjekt som jobber for å fremme bærekraftig innovasjon og delt verdiskapning i norsk industri. Dette prosjektet er ledet av NTNU og gjennonføres i samarbeid med eksterne samarbeidspartnere. Se prosjektets hjemmeside: www.sisvi.no. Kontaktpersoner: Jon Halfdanarson NTNU, Koordinator SISVI [email protected] Tlf: 482 17 812 Annik Magerholm Fet NTNU, Prosjektleder SISVI [email protected] Tlf: 922 96 890 Kjetil Myhre Leder i Norsk Stålforbund [email protected] Tlf: 410 21 598 Forsidebilde: Tokyo International Forum. Fotograf: Lars Danielsson Referanser: 1. Statsbygg, 2014. Statsbyggs miljøstrategi 2015-2018. Oslo: Statsbygg. 2. Willmot Dixon, 2010. The Impacts of Construction and the Built Environment [Online]. Willmot Dixon Group. Tilgjengelig: http://www.willmottdixongroup.co.uk/assets/b/r/briefing-note-33-impacts-of-construction2.pdf 3. Worldsteel, 2015a. World steel in figures 2015 [Online]. Tilgjengelig: http://www.worldsteel.org/dms/internetDocumentList/bookshop/2015/World-Steel-inFigures-2015/document/World%20Steel%20in%20Figures%202015.pdf 4. Worldsteel, 2015b. Steel facts [Online]. Tilgjengelig: https://www.worldsteel.org/Steelfacts.html 5. Worldsteel, 2015c. Economic sustainability [Online]. Tilgjengelig: https://www.worldsteel.org/steel-by-topic/sustainable-steel/economic.html 6. Worldsteel, 2015d. Fact sheet: Steel and raw materials [Online]. Tilgjengelig: http://www.worldsteel.org/publications/factsheets/content/00/text_files/file0/document/fact_raw%20materials_2015.pdf 7. Bureau of International Recycling, 2015. World steel recycling in figures 2010-2014 [Online]. Tilgjengelig: http://www.bir.org/assets/Documents/publications/brochures/Ferrous-report2015-FIN-WEB2.pdf 8. Worldsteel, 2015e. SUSTAINABLE STEEL – Policy and indicators 2015[Online]. Tilgjengelig: http://www.worldsteel.org/dms/internetDocumentList/bookshop/2015/Sustainability-Steel2015/document/Sustainable%20Steel%3A%20Policy%20and%20Indicators%202015.PDF 9. Worldsteel, 2015f. STEEL IN THE CIRCULAR ECONOMY – A life cycle perspective [Online]. Tilgjengelig: http://www.worldsteel.org/dms/internetDocumentList/bookshop/2015/Steelin-the-circular-economy---A-life-cycleperspective_vfinal/document/Steel%20in%20the%20circular%20economy%20%20A%20life%20cycle%20perspective.pdf 10. Jernkontoret, 2013. Environmental evaluation of steel and steel structures, s66-s71. [Online]. Tilgjengelig: http://www.jernkontoret.se/globalassets/publicerat/handbocker/stalkretsloppet_slutrappor t_miljohandbok_engelsk_web.pdf Versjon 1, 18 september 2015 www.sisvi.no
© Copyright 2024