Livscykelanalys av ett samverkansbjälklag av KL-trä och betong : åtgärdsförslag för minskade koldioxidutsläpp

Postadress: Besöksadress: Telefon:

Box 1026 Gjuterigatan 5 036-10 10 00 (vx)

Livscykelanalys av ett samverkansbjälklag av

KL-trä och betong - åtgärdsförslag för

minskade koldioxidutsläpp

Life Cycle Assessment of a CLT-concrete composite floor -

action proposals for lower carbon dioxide emissions

Fredrik Tambour

Gustaf Wenström

EXAMENSARBETE 2018

Examinator: Hamid Movaffaghi

Handledare: Peter Karlsson

Omfattning: 15 hp

Abstract

Purpose: The purpose of this study was that from a life cycle assessment, LCA, present action proposals to reduce the emissions of carbon dioxide of a CLT-concrete composite floor which fulfils the regulations of Swedish National Board of Housing.

Method: To be able to present action proposals towards reduced carbon dioxide emissions, literature studies was made on previous life cycle assessment on composite floors with various materials. Document analyses were also performed to establish the structure of the composite floor. Carbon dioxide emission data was collected from suppliers’ environmental product declarations, EPD’s. The collected data was then used to create a life cycle assessment where the greatest emission of carbon dioxide could be identified and furthermore be given action proposals to reduce the emissions.

Findings: An increased use of bio based materials in buildings could reduce the carbon dioxide emissions by between 42-100 % depending on if the stored carbon is taken in consideration. By doing this the carbon dioxide emissions is reduced by 87 kg CO2

-ekv/m2 opposed to assuming wood to be climate neutral. How this is considered needs to be evaluated in the current standards for LCA. According to the LCA the production stage is the largest contributor for carbon dioxide emissions where the concrete is responsible for the largest amount. By reviewing and comparing Environmental Product Declarations, EPD’s, choices can be made to pick the manufacturer with the lowest environmental effect. A considerable reduction can also be achieved by ensuring that the materials used will be recycled or reused after the end-of-life stage.

Implications: With adhesive as shear connector full composite action can be achieved for the floor which leads to that the thickness of the floor can be kept at a minimum which in turn leads to lower material usage. By carefully compare manufacturers EPD’s it can be ensured that the material with the least environmental effect will be chosen. Higher demands should be put on manufacturers to perform thorough EPD’s on their products. Evaluation of current standards for LCA should be done where it is clearer how to view stored carbon in bio based materials and also how carbonation of concrete should be considered since these are great factors of uncertainty during an LCA. What happens to the material after end-of-life should be determined in an early stage of planning since great environmental savings can be made by recycle or reuse materials. The concrete should be crushed and reused as fillings for e.g. road construction after end-of-life to accelerate the carbonation process. Time and money are crucial factors for an LCA and needs to be considered in an early stage of planning.

Limitations: The structure of the CLT-concrete composite floor is decided to fulfill the regulations that are set by the Swedish National Board of Housing. These regulations are constantly updated and a change in the structure of the composite floor could become necessary in the future. There was no environmental data to be found on the adhesive used as a shear connector between the CLT and concrete due to the manufacturer considering it to be intellectual property of theirs. This is considered to be a limitation to this study.

Sammanfattning

Syfte: Syftet med denna studie var att utifrån en livscykelanalys, LCA, presentera åtgärdsförslag för att kunna minska på koldioxidutsläppen för ett samverkansbjälklag av KL-trä och betong som uppfyller svenska myndighetskrav.

Metod: För att resultera i åtgärdsförslag mot minskade koldioxidutsläpp genomfördes litteraturstudie av utförda LCA där material i samverkansbjälklaget studerats, dokumentanalys i form av framtagning av samverkansbjälklagets uppbyggnad samt materialens koldioxidutsläpp utifrån miljövarudeklarationer. Vidare utfördes en LCA utifrån insamlad data för att konkretisera största koldioxidutsläpp för samverkansbjälklaget och därigenom komma med förslag på åtgärder för minskad klimatpåverkan.

Resultat: En ökad användning av biobaserade material i byggnader kan minska koldioxidutsläppen med mellan 42-100 % beroende på om lagring av koldioxid beaktas eller inte. Hänsyn till lagrad biogen kolhalt i trä bidrar till att koldioxidutsläppen för samverkansbjälklaget minskas med 87 kg CO2-ekv/m2 i motsats till att se trä som ett

klimatneutralt material. Enligt LCA utgör produktionsskedet störst koldioxidutsläpp där betong och KL-trä står för största mängden. Med hänsyn till detta påverkas koldioxidutsläppen genom att granska och jämföra miljövarudeklarationer från olika tillverkare och välja den som bidrar med lägst koldioxidutsläpp. En väsentlig minskning av koldioxidutsläppen går dessutom att uppnå genom att se till att materialen i samverkansbjälklaget går att återanvända eller återvinna.

Konsekvenser: Med lim som skjuvförbindare uppnås fullständig samverkansgrad för samverkansbjälklaget vilket bidrar till att tvärsnittstjockleken för betong och KL-trä kan hållas nere och att mindre mängd material krävs i jämförelse mot ofullständig samverkansgrad. Genom att noggrant jämföra tillverkares miljövarudeklarationer kan det säkerställas att material med minst klimatpåverkan väljs. Högre krav bör ställas på tillverkande företag att genomföra grundliga miljövarudeklarationer på sina produkter. Utveckling av befintlig standard för LCA bör genomföras där det tydligt framgår hur lagring av koldioxid i biomassor samt karbonatisering av betong skall beaktas då dessa är stora osäkerhetsfaktorer för resultatet i en LCA. Vad som händer med materialen i samverkansbjälklaget efter slutskedet bör beaktas i ett inledande skede då stora besparingar på miljön kan göras genom att se till att materialen går att återanvända eller återvinna. Betongen bör krossas och utnyttjas som fyllnadsmaterial efter livscykeln för att påskynda karbonatiseringsprocessen. Vid planering för utförande av LCA bör tid och resurser utvärderas noggrant för att säkerställa att all nödvändig data för det studerade objektet kan samlas in vilket bidrar till ett trovärdigare resultat.

Begränsningar: Samverkansbjälklagets uppbyggnad är framtagen för att uppfylla krav från Boverkets byggregler, BBR. Då dessa regler uppdateras kontinuerligt kan en förändring av uppbyggnaden komma att bli aktuell i framtiden. Uppgifter på klimatpåverkan för det lim som användes som skjuvförbindare i samverkansbjälklaget fanns inte att tillgå på grund av immateriella rättigheter från tillverkaren vilket utgör en begränsning i denna studie.

Begreppsförklaring

Environmental Product Declaration (EPD): Den engelska benämningen på miljövarudeklaration.

Klimatneutralitet: En förenkling som innebär att materialets klimatpåverkan sätts till noll.

Koldioxidekvivalenter (CO2-ekv): Ett samlat mått på utsläpp av växthusgaser som

bidrar till den globala uppvärmningen. Måttet anger hur mycket koldioxid som växthusgasens utsläpp motsvarar.

Korslimmat trä (KL-trä): Konstruktionsmaterial bestående av korslimmade trälameller. Miljövarudeklaration: Ett av oberoende tredje part verifierat dokument enligt standard som redogör för en produkts miljöpåverkan under hela eller delar av dess livscykel.

Samverkansbjälklag: En bjälklagslösning där två eller fler material samverkar med uppgift att förbättra bjälklagets egenskaper.

Samverkansgrad: En procentenhet på hur väl krafter överförs mellan två material i ett samverkansbjälklag.

Skjuvförbindare: Någon typ av förbindande lösning som tillåter överföring av tvärkraft mellan två material.

Vagga till grav: Ett begrepp som innebär att utvärdering av klimatpåverkan har genomförts under samtliga skeden i livscykeln.

Innehållsförteckning

1

Inledning ... 6

2

Metod och genomförande ... 9

2.1 UNDERSÖKNINGSSTRATEGI ... 9

2.2 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH METODER FÖR DATAINSAMLING ... 9

2.2.1 Frågeställning 1 ... 10

2.2.2 Frågeställning 2 ... 10

2.2.3 Frågeställning 3 ... 10

2.3 VALDA METODER FÖR DATAINSAMLING ... 11

2.3.1 Litteraturstudie ... 11 2.3.2 Livscykelanalys (LCA) ... 11 2.3.3 Dokumentanalys ... 11 2.4 ARBETSGÅNG ... 11 2.5 TROVÄRDIGHET ... 12

3

Teoretiskt ramverk ... 13

3.1 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH OMRÅDE/FÄLT/ARTIKEL ... 13

3.2 SAMVERKANSBJÄLKLAG AV KL-TRÄ OCH BETONG ... 13

3.3 KARBONATISERING OCH LAGRAD BIOGEN KOLHALT ... 15

3.3.1 Karbonatisering av betong ... 15

3.3.2 Lagrad biogen kolhalt i biobaserade material ... 16

3.4 LIVSCYKELANALYS, LCA ... 16

3.5 SAMMANFATTNING AV VALDA TEORIER... 17

4.1.1 Faktorer som skiljer sig mellan olika LCA ... 18

4.1.2 Koldioxidutsläpp för olika byggmaterial ... 20

4.1.3 Åtgärder som påverkar koldioxidutsläppen ... 21

4.2 DOKUMENTANALYS ... 22

4.2.1 Kravspecifikation ... 22

4.2.2 Uppbyggnad av samverkansbjälklag ... 22

4.2.3 Koldioxidutsläpp för respektive material i samverkansbjälklaget ... 24

4.3 LIVSCYKELANALYS (LCA) ... 30

4.4 SAMMANFATTNING AV INSAMLAD EMPIRI ... 33

4.4.1 Litteraturstudie ... 33

4.4.2 Dokumentanalys ... 33

4.4.3 Livscykelanalys, LCA ... 33

5

Analys och resultat ... 34

5.1 FRÅGESTÄLLNING 1 ... 34

5.2 FRÅGESTÄLLNING 2 ... 37

5.3 FRÅGESTÄLLNING 3 ... 38

5.4 KOPPLING TILL MÅLET ... 42

6

Diskussion och slutsatser ... 43

6.1 RESULTATDISKUSSION ... 43

6.2 METODDISKUSSION ... 44

6.3 BEGRÄNSNINGAR ... 45

6.4 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER ... 45

6.5 FÖRSLAG TILL VIDARE FORSKNING ... 46

7

Referenser ... 47

Inledning

1

Inledning

Detta examensarbete omfattar 15 högskolepoäng och har skrivits som en avslutande del i utbildningen Husbyggnadsteknik på Tekniska Högskolan i Jönköping. Vid godkänd examination och således 180 högskolepoäng erhålls en högskoleingenjörsexamen inom byggnadsteknik. Examensarbetet har haft stöd av Byggnadstekniska Byrån Sverige AB som bidragit med kunskap och hjälp under arbetets gång.

1.1 Bakgrund

Människan är direkt ansvarig för de ökade utsläppen av flertalet växthusgaser som koncentreras i atmosfären (Intergovernmental Panel on Climate Change, 1995). Växthusgaserna som har störst påverkan på klimatet är koldioxid, CO2, metangas, CH4,

halogenkolväten, svavelhexafluorid, SF6 samt kväveoxid, N2O (Ibid.). Utsläppet av

växthusgaser har ökat årligen med 1 gigaton koldioxidekvivalenter mellan åren 2000-2010 vilket motsvarar en årlig ökning på 2,2 % enligt en rapport av FN:s klimatpanel IPCC (Edenhofer et al., 2014). Åren 1970-2000 låg den årliga utsläppsökningen på 0,4 gigaton koldioxidekvivalenter, motsvarande 1,3 %. Utan åtgärder för att sänka koldioxidutsläppen kommer jordens medeltemperatur att öka med 1,1 °C år 2100 jämfört med år 1850 (Ibid.). Ökar medeltemperaturen med över 2 °C finns stora risker för att ekosystem rubbas och de mest klimatkänsliga ekosystemen försvinner såsom korallrev, småöar och Arktis (WWF).

Byggindustrin är uppskattningsvis ansvarig för en fjärdedel av jordens totala koldioxidutsläpp (Hong, Shen, Feng, Lau & Mao, 2015). Med ökad medvetenhet och uppmärksamhet kring ökat koldioxidutsläpp i världen och global uppvärmning som följd har ambitioner ökat mot att vända denna trend. Forskning inom området har bidragit till bättre förståelse och kunskap om rådande klimathot samt metoder för att ändra vårt beteende mot miljön. En livscykelanalys, LCA, är en metod för att samla en produkts miljöpåverkan i olika delsteg under sin livscykel och utföra miljöberäkningar (Svensk Betong, u.å.). Inom byggbranschen har denna metod ökat i användande de senaste tio åren (Rashid & Yusoff, 2015). En implementering av LCA i byggbranschen kan underlätta för beställare och projektörer att komma fram till miljömässigt smarta beslut. Saknas underlag av en LCA är risken större att beslut fattas utifrån den initiala kostnaden på projektet (Ibid). Miljöklassificeringssystem för byggnader såsom LEED och BREEAM har på senare tid börjat uppmuntra utförande av LCA vid certifieringsprocessen för byggnader och ger således värdefulla poäng av en korrekt tillämpad LCA vid bedömningen (Anand & Amor, 2017).

Trä som byggnadsmaterial är ur klimatsynpunkt ett smart val då materialet binder koldioxid (Svenskt Trä, u.å.a). Korslimmat trä, oftast benämnt KL-trä, kan förekomma som plattor, balkar eller pelare där uppbyggnaden består av minst tre lager av trä- lameller korslagda på varandra (Svenskt Trä, 2017). Materialet uppmuntrar till att bygga allt mer och större i trä. KL-trä medför lägre transport- och montagekostnader på grund av hög hållfasthet i förhållande till sin vikt, hög flexibilitet samt låg egenvikt. Med hänsyn till KL-träets goda egenskaper förekommer varierade lösningar av byggsystem med dessa skivor. Samverkansbjälklag där KL-träskivan samverkar ihop med betong är en av dessa lösningar som på senare tid fått större uppmärksamhet i Sverige (Svenskt Trä, 2017). Principen går ut på att betong i överkant tar

Inledning

(Teibinger & Matzinger, 2013). Samverkansbjälklag i KL-trä och betong har därför god potential att ersätta mer traditionella bjälklagslösningar.

1.2 Problembeskrivning

De senaste tio åren har flertalet studier på samverkanssystem av trä och betong för balkar och bjälklag genomförts (Lukaszewska, 2009; Jorge, Habenbacher & Dujic, 2010; Teibinger & Matzinger, 2013; Gerber, 2015; Tannert, Endacott, Brunner & Vallé, 2017). Joakim Thilén (2017) har genomfört en undersökning av två typer av samverkansbjälklag av KL-trä och betong för att uppskatta dess böjstyvheter. Böjstyvheten påverkar nedböjning och vibrationer och är ofta dimensionerande för bjälklag. Dessa två typer av samverkansbjälklag har olika skjuvförbindare mellan KL-träplattan i underkant och betongplattan i överkant. Den ena skjuvförbindaren i studien bestod av ett epoxilim som appliceras på KL-träplattan för vidhäftning av betongen vid pågjutning (Tannert et al., 2017). Det påvisades att denna typ av samverkansbjälklag kan uppnå god böjstyvhet enligt gällande myndighetskrav och således skulle kunna utnyttjas i dagens byggande. Kontroll genomfördes genom tester i laboratorium samt kontrollerades med gammametoden enligt Eurokod 5, del 2, med hänsyn till bärförmåga och böjstyvhet (Thilén, 2017). Viktória Bajzecerová (2017) har jämfört två beräkningsmetoder, varav den ena metoden var densamma som Joakim Thilén (2017) använts sig av, för kontroll av böjstyvhet hos ett samverkansbjälklag med KL-trä och betong där lim användes som skjuvförbindare även i detta fall. Gerber (2016) och Tannert et al. (2017) lyfter i sina studier fram fördelarna av ett utnyttjande av lim som skjuvförbindare för ett samverkansbjälklag av KL-trä och betong. Limmet bidrar till att full samverkansgrad kan uppnås vilket resulterar i en högre böjstyvhet än andra förekommande skjuvförbindare där full samverkansgrad inte går att uppnå fullt ut (Tannert et al. 2017).

Ett amerikanskt forskningsprojekt, "Timber Tower Research Project", har som mål att utveckla olika konstruktionssystem för höga byggnader av trä som huvudmaterial och på så sätt minska koldioxidavtrycket för byggnaden (Skidmore, Owings, and Merrill, 2013). Detta forskningsprojekt påvisade i en rapport från 2017 att ett utnyttjande av samverkansbjälklag med KL-träplatta och betong kan vara en effektiv, klimatsmart och ekonomisk lösning och kan tillgodose goda ljud- och brandkrav samt uppnå långa spännvidder (Skidmore, Owings, and Merrill, 2017).

Klimatpåverkan kan minskas med 34 – 84 % genom att vända trenden att bygga i stål och betong och istället övergå till att bygga mer med träkonstruktioner (Skullestad, Bohne & Lohne, 2016). En livscykelanalys, LCA, vilken jämförde en traditionell betongbyggnad med en träbyggnad av samma omfattning, pekade på att byggande i trä kunde resultera i reducerade utsläpp av växthusgaser med indicier på att istället ha negativ klimatpåverkan. Detta skulle i så fall innebära besparingar på miljön med över 100 % i jämförelse mot att bygga traditionella betongbyggnader (Skullestad et al., 2016). En annan studie genomförde en LCA av ett prefabricerat väggelement bestående av KL-trä och en isolerande EPS-betongskiva som redovisade fördelar ur ett klimatpåverkande perspektiv gentemot traditionella väggar av betong och stål (Fortuna, Mora, Peron, Romagnoni, 2017).

Ytterligare en studie vilken syftade till att integrera LCA inom byggnadsindustrin pekade på vikten av en LCA vid samtliga byggprojekt då byggnadsindustrin står för en

Inledning

så pass stor del av världens klimatpåverkan (Anand & Amor, 2017). Den senaste tiden har betydelsen av att utföra LCA för byggprojekt blivit allt större med avseende att minimera klimatpåverkan för dessa (Fouche & Crawford, 2016).

1.3 Mål och frågeställningar

Målet med arbetet var att utifrån en livscykelanalys presentera åtgärdsförslag för att kunna minska koldioxidutsläppen för ett samverkansbjälklag av KL-trä och betong som uppfyller svenska myndighetskrav.

För att uppnå målet besvarades följande frågeställningar:

1. Hur ser resultat från tidigare genomförda livscykelanalyser ut med hänsyn till koldioxidutsläpp (CO2-ekv/m2) där ingående material i samverkansbjälklaget har studerats?

2. Hur mycket koldioxid (CO2-ekv/m2) släpper respektive material i samverkansbjälklaget ut från vagga till grav?

3. Vilka åtgärdsförslag kan ges för att minska på de största koldioxidutsläppen för samverkansbjälklaget?

1.4 Avgränsningar

 Samverkansbjälklaget skall uppfylla en kravspecifikation vilken är baserad på kraven utifrån Boverkets Byggregler, BBR, för nyproduktion av bostäder i Sverige. Inga byggmaterial utan miljövarudeklarationer från tillverkare som uppfyller europeisk standard EN 15804 har valts.

 Samverkansbjälklaget har endast analyserats med hänsyn till global uppvärmningspotential och utsläpp av koldioxidekvivalenter för en analysperiod på 100 år.

 Drift- och underhållsskedet behandlas ej i denna LCA då ett bjälklag normalt sett är drift- och underhållsfritt under sin livscykel.

 Endast litteraturstudier, dokumentanalys och beräkningar har använts för att besvara frågeställningarna.

1.5 Disposition

Fortsättningsvis följer fem kapitel.

 2 Metod och genomförande beskriver valda datainsamlingsmetoder och hur

dessa skall utnyttjas för att besvara ställda frågeställningar med hänsyn till reliabilitet och validitet.

 3 Teoretiskt ramverk presenterar den teori som ligger till grund för att besvara

frågeställningarna.

 4 Empiri redovisar datainsamling från litteraturstudie, dokumentanalys,

beräkningar och LCA.

 5 Analys och resultat besvarar frågeställningarna utifrån den insamlade empirin.

 6 Diskussion och slutsatser tar upp begränsningar i resultatet, genomförande av

arbetet och de slutsatser som kan dras ur rapportens resultat. Vidare ges även förslag på fortsatt forskning.

Metod och genomförande

2

Metod och genomförande

Kapitlet beskriver hur examensarbetet har genomförts genom redogörelse av de metoder som har använts vid datainsamlingen. Datainsamlingsmetoderna omfattas av LCA, litteraturstudie, dokumentanalys samt beräkningar.

2.1 Undersökningsstrategi

En LCA från vagga till grav redogör för koldioxidutsläpp för samverkansbjälklaget. Litteraturstudier där LCA har tillämpats genomfördes för att samla kunskap kring LCA, inhämta data och jämföra resultatet. Utifrån litteraturstudie har förslag på förbättringar presenterats för att kunna minska koldioxidutsläppen för samverkansbjälklaget. Åtgärdsförslagen ur denna studie har inhämtats genom litteraturstudie av forskning inom området, dokumentanalys av miljövarudeklarationer, EPD:er, från olika tillverkare representativa i Sverige samt egna beräkningar. För utförande av LCA krävs att den standard som finns utnyttjas samt att inhämtade data är utförda enligt samma standard för att höja trovärdigheten i arbetet.

Undersökningsstrategin har i huvudsak inneburit en kvalitativ fallstudie med kvantitativa inslag. Kvalitativt i den bemärkelsen att datainsamlingen har baserats på egentolkade analyser av textmaterial samt att resultatet inte är generaliserbart ur denna LCA. Kvantitativa inslag har i viss mån förekommit på grund av att data för LCA används genom befintliga statistiska mätvärden av ingående byggmaterial i samverkansbjälklaget (Patel & Davidsson, 2011). En fallstudie har till uppgift att med ett förminskat fall av ett större förlopp ge en uppfattning om verkligheten (Ejvegård, 2009). Detta innebär att de resultat som presenterats i denna studie endast bör ses som indikationer på verkligheten och får ett större värde ju fler studier inom samma ämne som pekar åt samma håll. För denna studie har fallet i studien avsett att analysera ett samverkansbjälklag med fokus på koldioxidutsläpp från utförd LCA.

2.2 Koppling mellan frågeställningar och metoder för

datainsamling

Figur 1 redogör för hur frågeställningarna kopplades ihop med valda metoder för datainsamling.

Metod och genomförande

2.2.1 Frågeställning 1

"Hur ser resultat från tidigare genomförda livscykelanalyser ut med hänsyn till

koldioxidutsläpp (CO2-ekv/m2) där ingående material i samverkansbjälklaget har

studerats?"

Frågeställningen besvarades genom litteraturstudier på analyser av tidigare genomförda LCA där relevanta material har studerats och som vidare kunde vara till användning för denna studie.

2.2.2 Frågeställning 2

"Hur mycket koldioxid (CO2-ekv/m2) släpper respektive material i

samverkansbjälklaget ut från vagga till grav?"

Genom beräkningar och dokumentanalys säkerställdes att bjälklaget uppfyllde kraven för studien. Frågeställningen besvarades genom att koldioxidutsläpp för varje material inhämtades från vagga till grav. Primärt har koldioxidutsläpp för LCA inhämtats genom dokumentanalys av miljövarudeklarationer från materialtillverkare. Resultatet har vidare presenterats i diagram som påvisar skillnaden i koldioxidutsläpp mellan de ingående materialen. Svaret för denna frågeställning baserades således på litteraturstudier, dokumentanalys och beräkningar.

2.2.3 Frågeställning 3

"Vilka åtgärdsförslag kan ges för att minska på de största koldioxidutsläppen för samverkansbjälklaget?"

Åtgärdsförslag kunde presenteras utifrån litteraturstudie samt genom utförd LCA som påvisade de största koldioxidutsläppen för samverkansbjälklaget.

Metod och genomförande

2.3 Valda metoder för datainsamling

Metodvalen för studien var litteraturstudie, LCA och dokumentanalys. Nedan följer en förklaring på hur respektive metod används.

2.3.1 Litteraturstudie

Inom forskningen benämns till stor del allt tryckt material samt information från internet som litteratur (Ejvegård, 2009). Litteraturstudier har ofta som syfte att samla en översikt av den forskning som hittills tillämpats inom det valda ämnet. Metodiken vid litteraturstudier innebär att med hjälp av sökord eller nyckelord söka igenom befintlig litteratur för att finna relevant information för studien (Ibid).

2.3.2 Livscykelanalys (LCA)

Metodiken vid utförande av en LCA kan enligt ISO14040-serien delas upp i fyra huvuddelar. Den första delen innebär att definiera Mål och Avgränsningar för livscykelanalysen. Här beslutas vad som skall analyseras och varför samt vad som inte berörs i studien. Vidare utförs som en andra del en Livscykelinventering, LCI, som kan vara mer eller mindre omfattande. Här ingår exempelvis energiförbrukning, material, transporter, data för utsläpp av växthusgaser som definieras för studien. Den tredje delen, Värdering, handlar om att vikta all samlad miljöpåverkan till en kategori, exempelvis CO2-ekvivalenter, där påverkansgraden konstateras. Som en avslutande del,

Tolkning, analyseras och tolkas resultatet från livscykelanalysen för att mynna ut i åtgärdsförslag för att minska på den miljöpåverkan studien påvisat (Nyström, 2000).

2.3.3 Dokumentanalys

Dokumentanalys är en kvalitativ forskningsteknik som har blivit exponentiellt mer populär sedan början av 1990-talet (Hsieh & Shannon, 2005). Tekniken kan delas in i tre undermetoder; konventionell analys, riktad analys samt summativ analys där studier genomförs med olika förhållningssätt till underliggande teorier. Denna rapport har i huvudsak använt sig av den riktade metoden. Utifrån en angiven teori analyseras således dokument för att finna data som är relevanta för den valda teorin. De dokument som analyseras i denna metod kan exempelvis vara kommunikation mellan författarna och en tredje part, publikationer i tidskrifter eller produkt- och säkerhetsdatablad från tillverkare av produkter och material. Till skillnad från litteraturstudie behöver inte de dokument som behandlas under denna metod ha någon grund i befintlig forskning (Ibid.).

2.4 Arbetsgång

För att säkerställa att samverkansbjälklaget uppfyllde de regler och krav som föreskrivits av Boverket, vilket är den myndighet som reglerar byggandet i Sverige, framställdes en kravspecifikation. Utifrån denna kravspecifikation bestämdes vidare bjälklagets uppbyggnad vilken låg till grund för genomförandet av LCA. Då LCA var genomfört analyserades vidare resultatet och arbetet fortskred med analyser av resultatet samt ett framtagande av åtgärdsförslag.

Metod och genomförande

2.5 Trovärdighet

Oavsett vilken data som samlas in kommer den att innehålla vissa fel. Reliabilitet är ett statistiskt mått på hur reproducerbar undersökningsinstrumentets data är (Litwin, 1995). Detta innebär förenklat en fråga om den utförda undersökningen går att genomföra igen och om det då kommer att mynna ut i likvärdiga resultat.

I denna studie har mätningar från LCA samt övriga nödvändiga beräkningar för analys av valt samverkansbjälklag utförts med hjälp av miljövarudeklarationer enligt internationell standard, tidigare studier samt vedertagna beräkningsmetoder. Detta innebär således att arbetets reliabilitet styrks i den grad att det påvisar att i princip vem som helst kan utföra likvärdiga undersökningar igen. Dock är det ingen säkerhet att samma resultat kommer att erhållas ur likvärdiga undersökningar då det kommer att vara faktorer som kommer att skilja sig mellan olika fall. Värden för koldioxidutsläpp skiljer sig mellan olika tillverkares miljövarudeklarationer vilket innebär att samma resultat inte kommer att erhållas om andra tillverkare används för materialen i samverkansbjälklaget. Antagande har även skett för vad som sker i slutskedet för vissa olika material. Detta medför att reliabiliteten sänks för studien.

Förutom att bestämma hur tillförlitlig en undersökning är med avseende på reliabilitet måste validiteten även mätas. Validitet innebär att du verkligen mäter det du avser att mäta (Litwin, 1995).

På grund av att miljövarudeklarationer, eller så kallade EPD:er, utförda enligt EN 15804 har använts samt att LCA utförts enligt internationell standard har validiteten för arbetet kunnat höjas.

Teoretiskt ramverk

3

Teoretiskt ramverk

Kapitlet redogör för den teori som legat till grund för utförandet av arbetet samt hur dessa kan kopplas ihop med framlagda frågeställningar.

3.1 Koppling mellan frågeställningar och område/fält/artikel

Figur 2. Redovisning för sammankoppling mellan frågeställningar och teoretiskt ramverk.

3.2 Samverkansbjälklag av KL-trä och betong

Samverkansbjälklag av KL-träplatta och betong består i sin enkelhet av en skiva av KL- trä på vilken en pågjutning av betong genomförs (Svenskt Trä, 2017). Ett samverkansbjälklag kräver en samverkan mellan KL-trä och betong för att dessa två material skall kunna arbeta tillsammans. Detta uppnås med hjälp av så kallade skjuvförbindare vilka tillåter överföring av tvärkraft mellan de båda materialen vid pålastning, där betongen i ovankant tar tryckspänningar medan KL-träskivan i underkant tar dragspänningar (Svenskt Trä, 2017; Lukaszewska, 2009). Enligt Svenskt Trä (2017) bör valet av skjuvförbindare för samverkansbjälklaget vara en kompromiss mellan bjälklagets effektivitet och ekonomi, alltså att den skall uppnå högsta möjliga styvhet och samtidigt vara enkel och smidig att installera. Olika typer av skjuvförbindare förekommer. HBV, holz-beton-verbund, se figur 3, utgörs av en hålplåt med perforeringar som fästs i KL-träskivan och förbinder betongen och har en samverkansgrad på 85 % (Svenskt trä, 2017). Vidare förekommer skjuvförband av skruvar med ursparingar i KL-träplattans ovansida med en samverkansgrad på 70 %, se figur 4 (Svenskt Trä, 2017) samt epoxilim som ger vidhäftning av betongen mot KL-träplattan med full samverkansgrad (Gerber, 2016; Tannert et al. 2017; Thilén, 2017).

Teoretiskt ramverk

Eurokod 5, del 2 beskriver en förenklad metod för att kontrollera deformation från tvärkrafter för en KL-träskiva med 3- och 5-skikt lameller (Svenskt trä, 2017). Denna metod kallas för "gamma-metoden" och används för att komma fram till den effektiva böjstyvheten för tvärsnittet, EIeff (Svenskt trä, 2017). Vid det fall då tvärsnittet även

innehåller ett skikt av betong har ett tillvägagångssätt utarbetats för beräkning av detta. Gerber (2016), Tannert et al. (2017) och Thilén (2017) beskriver detta i sina studier och har jämfört beräkningarna mot verkliga tester i laboratoriemiljö med önskvärt resultat. En tumregel vid preliminär dimensionering är att den totala tvärsnittstjockleken beräknas som L/25 där L är spännvidden för bjälklaget. Betongtjockleken brukar i normalfallet sättas till 40 % av den totala tvärsnittstjockleken (Svenskt trä, 2017). Skjuvförbindare av epoxilim har visat sig uppnå fullständig samverkan mellan KL-trä och betong (Gerber, 2016; Tannert et al. 2017; Thilén, 2017). Figur 5 visar hur töjningen skiljer sig mellan olika samverkansgrader. Vid provning av epoxilimmets styrka och styvhet för samverkansbjälklag av KL-trä och betong har brott skett i betong eller KL-träskiva innan limmet har påverkats vilket påvisar förbindarens effektivitet (Gerber, 2015; Tannert et al., 2017; Thilén, 2017).

Figur 3. Töjningsdiagram orsakat av böjmoment för ett samverkansbjälklag med olika samverkansgrader (Svenskt trä, 2017).

Figur 3. Samverkansbjälklag med skjuvförbindare av typ HBV

(Svenskt trä, 2017).

Figur 4. Samverkansbjälklag med skjuvförbindare av grovnoter och

Teoretiskt ramverk

3.3 Karbonatisering och lagrad biogen kolhalt

Betong och trä innehar egenskaper som under livscykeln kan bidra till ett reducerande av klimatpåverkan för dessa material. För betong förekommer karbonatisering och för trä förekommer lagrad biogen kolhalt. Nedan presenteras vad dessa två egenskaper innebär.

3.3.1 Karbonatisering av betong

I cement, en ingrediensens i betong, ingår huvudsakligen kalciumoxid, CaO, eller så kallad osläckt kalk som bildas genom kalcinering när kalksten bränns (Possan, Thomaz, Aleandri, Felix, Santos, 2016; Lagerblad, 2005). Cementindustrin står för 5-7 % av årliga koldioxidutsläppen där mellan 50-60 % av dessa kommer från kalcinering av kalksten (Ibid.). När cement reagerar med vatten vid betongframställning reagerar den osläckta kalken med vattnet och stelnar till kalciumhydroxid, Ca(OH)2. Karbonatisering

innebär att kalciumhydroxiden i betongen reagerar med koldioxid, CO2, ur atmosfären

och bildar kalciumkarbonat, CaCO3 (Kikuchi & Kuroda, 2010). Kalciumkarbonat är ett

naturligt salt som ingår i kalksten och kan på sikt ha en förstärkande effekt i betongen (Redlund Laninge, 2012). Genom karbonatisering binder således färdig betong den mängd koldioxid som frigjorts ur kalcineringsprocessen och detta sker under hela konstruktionens livscykel (Kikuchi & Kuroda, 2010; Possan et al., 2016).

→

Karbonatiseringsprocessen sker snabbare ju porösare betongen är (Venkat Rao & Meena, 2017). På grund av detta kan vissa tillsatsmedel som används för att minska betongens porositet även minska karbonatiseringsprocessen och istället bidra till ökad koldioxidhalt i atmosfären (Ibid.). Vidare påskyndas karbonatisering genom krossad betong eftersom exponerad betongyta i dessa fall blir större (Lagerblad, 2005; Kikuchi & Kuroda, 2010). Karbonatisering sker mot den betongyta som är exponerad mot luft, där koldioxid ingår, och processen leder till ett lägre pH-värde i betongen, se figur 6 (Possan et al., 2016; Redlund Laninge, 2012). När pH-värdet sjunker ökar risken för rostangrepp i betongens armering (Ibid.).

Figur 4. Redovisning av hur karbonatisering påverkar pH-värdet i betongen (Possan et al., 2016).

Teoretiskt ramverk

3.3.2 Lagrad biogen kolhalt i biobaserade material

Alla levande material som på något sätt utnyttjar fotosyntes lagrar koldioxid, CO2, med

hjälp av solenergi och vatten, H2O, i kemiska bindningar som bildar kolhydrater för att

använda som byggstenar för växten, samt helt vanligt syre som en restprodukt (Singhal, Renger, Sopory, Irrgang & Govindjee, 1999). Nedan redovisas ekvationen för fotosyntesens omvanling (Singhal et al., 1999):

6 12 → 6 6

Den koldioxid som används under materialets tillväxt lagras i materialet under hela dess livstid och det är först vid förbränning av materialet som de lagrade koldioxiden frigörs ut i atmosfären. Således blir nettoutsläppen för materialet lika med noll och därför kan biobaserade material anses vara klimatneutrala (Demirbas, 2004; Svenskt Trä, u.å.b).

Forskare är dock oense huruvida biobaserade material kan anses som helt klimatneutrala. När Environmental Protection Agency (EPA), den amerikanska motsvarigheten till svenska Miljödepartementet, klassificerade trä som ett klimatneutralt material menade forskare att detta inte stämde (Daley, 2018). En artikel skriven av Cary Institute of Ecosystem Studies (2018) hävdar att man inte tar hänsyn till de koldioxidutsläpp som sker vid produktion av timmer, pellets eller andra typer av träbaserade produkter när man stämplar trä som ett klimatneutralt material.

3.4 Livscykelanalys, LCA

Livscykelanalys, ofta benämnt LCA, är en metod som på senare tid har blivit vanligare för att utvärdera en produkts eller byggnads klimatpåverkan under dess livscykel (Fouche & Crawford, 2016). LCA som metod beskrivs av International Standards Organisation, ISO, som redovisar metodiken för detta i ISO 14044 (Rashid & Yusoff, 2015). En byggnad eller ett byggnadssystem delas i en LCA upp i olika skeden under livscykeln (Rashid & Yusoff, 2015). I europeisk standard EN 15804 beskrivs metodik för beräkning av miljöprestanda ur ett livscykelperspektiv för byggprodukter genom en uppdelning från A till D (Svensk betong, u.å.; Boverket, 2015). A1-3 står för skedet "vagga-grind". "Vagga-grind" är således de första skedena under livscykeln och står för klimatpåverkansanalyser av de inbyggda beståndsdelarna inom varje delmaterial som används. Vidare representerar skede A4-5 transporter samt uppförande av den specifika byggnaden/byggnadssystemet, B1-7 står för förvaltningsskedet, C1-4 för rivning och D för potential till att återvinna, återanvända eller förbränna byggprodukten (Svensk betong, u.å.; Boverket, 2015). "Vagga-grav" används för en fullskalig LCA och väger samman samtliga faser under livscykeln i analysen från dess att varje material utvinns till slutet i livscykeln för produkten eller byggnaden (Fouche & Crawford, 2016). Metoden avser att konkretisera en produkts eller en hel byggnads utsläpp av växthusgaser i atmosfären, dess beståndsdelar, utnyttjande av vatten samt dess energikonsumtion som uppstår i olika skeden under livscykeln. Vidare kan en LCA utvärdera andra miljöpåverkanskategorier såsom ozonuttunning, försurning, övergödning och marknära ozon (Träguiden, u.å.a; Fouche & Crawford, 2016). Figur 7 ger en övergripande bild av förekommande skeden i en LCA.

Teoretiskt ramverk

3.5 Sammanfattning av valda teorier

Samverkansbjälklag av KL-trä och betong innebär att en KL-träskiva i underkant samverkar ihop med betong i överkant där KL-träet tar upp drag- och betongen tryckspänningar. För att uppnå samverkan mellan materialen förekommer olika typer av skjuvförbindare med olika utföranden. Av dessa förekommer hålplattor som limmas i KL-träskivan, urtag eller så kallade grovnoter i KL-träskivan och lim. För att kontrollera deformation, som oftast är det dimensionerande förfarandet för bjälklag, används gamma-metoden som beskrivs i Eurokod 5 bilaga b.

Karbonatisering av betong innebär att kalciumkarbonat återbildas från tidigare kalcinering ur cementtillverkningen. Detta sker genom betongens kontakt med koldioxid i atmosfären. Processen går att påskynda genom användning av porösare betong eller genom att krossa betongen. Porösare betong leder till att risk för korrosion i armeringen ökar då pH-värdet sjunker vid karbonatiseringsprocessen.

Lagrad biogen kolhalt innebär att den koldioxid som tas upp av trämaterialet under fotosyntesen lagras i materialet. Denna lagrade koldioxid frigörs ur materialet när det förbränns efter sin livscykels slut. Men det råder meningsskiljaktigheter bland träforskare huruvida trämaterialet faktiskt kan anses vara helt klimatneutralt.

Livscykelanalys, LCA, är en metod för att utvärdera en produkt eller byggnads klimatpåverkan för olika skeden i livscykeln. Vanliga utvärderingar kan vara för energianvändning, koldioxidutsläpp, försurning, övergödning, ozonuttunning och marknära ozon. Internationell standard, ISO 14044, beskriver metodiken vid utförande av LCA. Vidare beskrivs metodik för beräkning av miljöutvärdering för byggprodukter enligt europeisk standard EN 15804. Uppdelning av skeden enligt ISO 14044 och EN 15804 sker mellan A-D. De skeden som ingår i LCA är tillverkning, transport till byggarbetsplats, uppförande av byggnaden, förvaltning, rivning och/eller återanvändning, återvinning eller förbränning.

4

Empiri

Detta kapitel redogör för studiens insamlade data och är uppdelat efter de metodval som använts vid insamlandet; Litteraturstudie, Dokumentanalys och LCA.

4.1 Litteraturstudie

Forskningsprojektet ”Timber Tower Research Project” menar att de totala koldioxidutsläppen kan minskas med 60-75% genom att bygga ett flervåningshus huvudsakligen i KL-trä i jämförelse med att bygga motsvarande i betong och stål (Skidmore, Owings and Merrill, 2013; Harte, 2017). Ett flervåningshus i KL-trä på mellan 10-30 våningar med samverkansbjälklag av KL-trä och betong jämfördes mot ett flervåningshus i betong och stål med betongbjälklag. Koldioxidutsläpp från byggskedet antogs lika för båda stomalternativen med en storlek på ungefär 80 kg CO2

-ekv/m2 (Skidmore, Owings and Merrill, 2013). Varför koldioxidutsläppen under byggskedet sattes lika berodde på att väldigt lite har byggts tidigare där samverkansbjälklag av KL-trä och betong har använts. Vidare påvisades att de ingående materialen från ett flervåningshus med KL-trästomme inklusive samverkansbjälklag släpper ut cirka 80 kg CO2-ekv/m2 jämfört med betong och stål som släpper ut cirka

310 kg CO2-ekv/m2.

4.1.1 Faktorer som skiljer sig mellan olika LCA

Robertson, Lam och Cole (2012) har sammanställt resultat från flera olika LCA där flervåningshus med betong- eller trästomme jämfördes med varandra. Vid sammanställningen av dessa noterades att vissa av dessa LCA har tagit hänsyn till träprodukternas lagrade biogena kolhalt och i vissa fall fått fram negativa värden för trämaterialets klimatpåverkan. Andra studier antog trämaterialet som klimatneutralt vilket innebär att trämaterialets klimatpåverkan sätts till noll. Koldioxidutsläpp enligt LCA för trästomme varierade mellan 40.7 till 159 kg CO2-ekv/m2 samt för betong

mellan 287 till 844 kg CO2-ekv/m2 (Robertson et al. 2012).

Røyne, Peñaloza, Sandin, Berlin och Svanström (2016) konstaterade genom en litteraturöversikt av genomförda LCA att nuvarande praxis ofta bortser från trämaterialets förmåga att ta upp, lagra och frigöra koldioxid. Istället anses trä vara klimatneutralt vilket några genomförda LCA påvisar enligt Robertson et al. (2012). RISE, Research Institute of Sweden, tidigare SP, Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut och Statens Provningsanstalt, har genom en fallstudie tagit fram en rapport där LCA för tre olika moderna träbyggnadssystem jämförs; modul-, pelar- balk- och KL-träsystem (Peñaloza, Norén & Eriksson, 2013). En LCA genomfördes även för ett motsvarande hus i betong och stål för att påvisa skillnaden. Resultatet från fallstudien gav att ett system med KL-trä utgjorde ett utsläpp av koldioxid på cirka 145 kg CO2-ekv/m2 jämfört med ett i betong som bidrog med cirka 250 kg CO2-ekv/m2. Det

kunde även konstateras att mest koldioxidutsläpp sker i byggnadens driftskede och då främst genom energianvändningen. Studien visade även att ett hus med betongstomme enbart under tillverkningsskedet släpper ut cirka 60 % mer koldioxid än ett med trästomme och att skillnaden i koldioxidutsläpp är minimal vid olika byggnadssystem av trä. I denna studie antogs trämaterialet vara klimatneutralt (Peñaloza et al. 2013). År 2015 genomfördes ytterligare en miljövärdering av SP (Kurkinen, Norén, Peñaloza, Al-Avish & During, 2015). Projektet innebar att ta fram energi- och klimatpåverkan för

livscykelanalyserna användes miljövarudeklarationer från tillverkare av de material som ingick i studien. För skede A2 och A4 användes en godskalkyl från NTM, Nätverket för Transporter och Miljön. Under skede A5 användes både el och diesel för uppförandet av betongstommen och enbart el för byggandet av trästommen. Användningsfasen valdes till 100 år och omfattade skede B. För slutskedet antogs att material säljs i befintligt skick efter rivning. Märkbart för denna studie var att vid jämförelse mellan stomalternativen utgjorde trästomme större koldioxidutsläpp under hela livscykeln. Även fast trästommen under produktionsskedet släppte ut mindre än betongstommen tillkom mer koldioxidutsläpp under driftskedet. Jämförelsevis släppte betongstommen ut cirka 320 kg CO2-ekv/m2 och trästommen cirka 340 kg CO2-ekv/m2.

Då var karbonatisering av betongen medräknat vilket sänkte betongstommens koldioxidutsläpp med 10 kg CO2-ekv/m2 under driftskedet. En orsak till att det totala

koldioxidutsläppet för träalternativet blev större berodde framförallt på underhåll och utbyte av väderexponerade trädelar under driftskedet. Detta bidrog till mellan 15-20 % av det totala koldioxidutsläppet (Kurkinen et al. 2015).

Diego Peñaloza (2017) berörde huruvida biobaserade byggmaterial bidrar till minskad klimatpåverkan. Han har sammanställt olika LCA-utföranden där bland annat KL-träbyggande och betongbyggande ställdes mot varandra. Resultatet visar att biobaserade material ej borde ses som klimatneutrala vid LCA samt att en ökad användning av biobaserade byggmaterial reducerar klimatpåverkan. Något som lyftes fram var att välja minst en hundraårig analysperiod vid LCA på byggnader. Detta beror främst på att den positiva strålningsdrivning som orsakas av koldioxidutsläppen annars inte tillgodoses korrekt vid beräkning med kortare tidshorisonter (Peñaloza, 2017). De biobaserade materialens egenskaper att lagra koldioxid samt den återplantering av träd som sker bör utredas noggrant vid LCA då dessa ofta är större än det senare utsläppet av biogent kol. Vid en utförd LCA med trämaterialet som klimatneutralt, att inte tillgodoräkna bunden mängd koldioxid, samt med en tidshorisont på ett hundra år kom Peñaloza (2017) fram till att en betongbyggnad släpper ut 487 kg CO2-ekv/m2 och en

KL-träbyggnad 281 kg CO2-ekv/m2. Att istället anse att trämaterialet inte var

klimatneutralt utan binder koldioxid reducerade KL-träbyggnadens koldioxidutsläpp till 5 kg CO2-ekv/m2. Slutsatsen visade att målet för byggsektorn inte borde vara att

byta ut betonghus helt, utan att istället fasa ut de mest klimatpåverkande betonghusen mot andra alternativ med ökat utnyttjande av biobaserade material (Ibid.).

En jämförande livscykelanalys mellan ett samverkansbjälklag i trä och betong, ett KL-träbjälklag och ett betongbjälklag har genomförts i Australien (Basaglia et al. 2015). Resultatet presenterades som kg CO2-ekv och omgjort till CO2-ekv/m2 var

koldioxidutsläppet för samverkansbjälklaget ungefär -33 kg CO2-ekv/m2, för

KL-träbjälklaget -288 kg CO2-ekv/m2 och för betongbjälklaget 156 kg CO2-ekv/m2.

4.1.2 Koldioxidutsläpp för olika byggmaterial

Bribián, Capilla och Usón (2010) presenterade LCA för olika byggmaterial. Resultatet redovisades som kg CO2-ekv/kg där densiteten för respektive material framgick. Tabell

1 redovisar resultatet från några av dessa material. En analysperiod på 100 år, GWP100, utnyttjades med karaktäriseringsfaktorer från IPCC för utvärdering under en 100-årsperiod (Solomon et al. 2007). Vidare i studien hade transport från leverantör till byggarbetsplats beräknats som kg CO2-ekv/km för transport med lastbil, tåg eller fartyg.

Lastbilstransport utgjorde utsläpp på 0,193 kg CO2-ekv/km, tågtransport 0,039 kg CO2

-ekv/km och fartyg 0,011 kg CO2-ekv/km.

Tabell 1. Sammanställning av koldioxidutsläpp för olika byggmaterial under en 100-årsperiod (Bribián et al. 2010).

Byggmaterial Densitet (kg/m3_{) kg CO2-ekv/kg}

Armeringsstål 7900 1,526 Cement 3150 0,810 Armerad betong 2546 0,179 Betong 2380 0,137 Stenull 60 1,511 Konstruktionsvirke, trä 600 0,3 Limträ 600 0,541

En LCA har genomförts för ett enbostadshus där koldioxidutsläpp för olika material under livscykeln samt de totala koldioxidutsläppen för hela huset redovisades (Pacheco-Torres, Jadraque, Roldán-Fontana & Ordóñez, 2014). Tabell 2 sammanställer utsläpp från tillverkningsskedet för några material. Tabell 3 redogör för utsläpp från transport till byggarbetsplats och från byggskedet. Koldioxidutsläpp för ett betongbjälklag i huset med en storlek på 48 m2 utgör ett utsläpp på 100 kg CO2-ekv/m2.

Tabell 2. Koldioxiutsläpp för olika material under tillverkningskedet (Pacheco-Torres et al., 2014). Byggmaterial Densitet (kg/m3_{) kg CO} 2-ekv/kg Armeringsstål 7850 2,82 Betong 2350 0,099 Trä 510 0,09

Tabell 3. Koldioxidutsläpp för uppbyggnad av 1 m3 grundplatta med betongkvalitet C30/37 och armeringsnät (Pacheco-Torres et al., 2014).

Parameter Mängd Skede Resultat

Material (betong och armering)

2455 kg Transport till

byggarbetsplats (A4)

4,17 kg CO2-ekv/m3

Maskiner (diesel) 1,02 liter Byggnadsskede (A5) 2,79 kg CO2-ekv/m3

Avfall (betongspill) 25,78 kg Byggnadsskede (A5) 0,08 kg CO2-ekv/m3

4.1.3 Åtgärder som påverkar koldioxidutsläppen

En åtgärd för att minska på koldioxidutsläppen inom byggsektorn är att genomföra en övergripande LCA för varje byggprojekt. Detta för att noggrant utvärdera och överväga de risker för klimatet som projektet medför. Metodiken kring LCA bör även utvecklas och beprövas med olika infallsvinklar. Vidare skulle detta bidra till förenklade analysmetoder så att fler kan utföra LCA för sina byggprojekt och på så sätt bidra till minskade koldioxidutsläpp (Meggers et al., 2011).

Anand och Amor (2017) tar upp problematiken med att resultatet från likvärdiga LCA skiljer sig mycket mellan olika studier. Detta beror på flertalet faktorer; dels på val av livslängd på den studerade produkten eller byggnaden, vilket påverkar slutresultatet för den samlade klimatpåverkan, dels på grund av osäkerheter och svårigheter att hitta rätt data för sin LCA, vilket leder till många antaganden. Man tar upp problemet att det saknas standarder för flertalet nödvändiga metoder för LCA i ISO 14040-serien såsom datainsamling samt datakvalitetskontroll i samtliga EPD:er (Anand & Amor, 2017). Messmer (2015) ger förslag för att minska klimatpåverkan på limframställning till KL-trätillverkning. Råvarorna som används bör bytas ut för att minska på klimatpåverkan och forskning bör fokusera på att utnyttja förnyelsebara material såsom lignin, tannin, cashewnötskalsvätska och risinolja. Tidigare forskning har påvisat att detta fungerar som lim för sammansatta trävaror men har aldrig testats för träkonstruktioner (Messmer, 2015).

Under hela livscykeln karbonatiseras betong vilket innebär att den absorberar koldioxid ur luften som binds i materialet. Peñaloza, Erlandsson och Pousette (2017) menar att karbonatiseringen fortsätter även efter att betongen demolerats. Studien visar att betong som krossas i slutskedet av livscykeln och används som fyllnadsmaterial vid exempelvis vägbyggen kan absorbera upp till 12 % av den mängd koldioxid som släpptes ut vid tillverkningen (Ibid.).

4.2 Dokumentanalys

4.2.1 Kravspecifikation

Kravspecifikationen utgår ifrån Boverkets Byggregler, BBR, för bostäder. Ljudkrav hämtades ur tabell 7:21a i BBR (Boverket, 2011a). Krav på brandbelastning hämtades ur kapitel 2 i Boverkets allmänna råd för brandbelastning (Boverket, 2013). Ur stycke 5.22 i BBR (Boverket, 2011a) bestämdes bjälklagets byggnadsklass. Dessa två parametrar användes för framtagning av bjälklagets brandtekniska klass ur tabell 5:562 i BBR (Boverket, 2011a). För att bestämma bjälklagets krav på hållfasthet hämtas karaktäristiska lastvärden ur tabell C-1 i kapitel 1.1.1 i BBR med koppling till Eurokod (Boverket, 2011b). Den spännvidd som är uppsatt som krav för samverkansbjälklaget kontrollerades genom beräkningar. Figur 8 redovisar ställda krav för samverkansbjälklaget.

4.2.2 Uppbyggnad av samverkansbjälklag

Innan LCA kunde genomföras krävdes kontroll för att se till att samverkansbjälklaget uppfyllde framställda krav.

Svenskt trä (2017) har i KL-trähandboken redogjort för bjälklagsexempel med olika ljud- och brandkrav. För denna studie valdes uppbyggnad av samverkansbjälklaget enligt figur 9 (Svenskt Trä, 2017). Dock valdes stegljudsmattan bort ur denna LCA då den antogs påverka samverkansgraden mellan betong och KL-trä. Uppbyggnaden följer tumregeln vid preliminär dimensionering som säger att betongtjockleken i normalfallet brukar sättas till 40 % av total tvärsnittstjocklek för de samverkande materialen (Svenskt trä, 2017).

Figur 7. Principiell uppbyggnad av samverkansbjälklaget. (Svenskt trä, 2017) Figur 6. Kravspecifikation för samverkansbjälklaget.

Kontroll av ljudkrav

Enligt figur 9 skall den valda bjälklagslösningen uppfylla ljudkrav för bostäder i ljudklass A för luftljudsöverföring samt ljudklass B för stegljudsnivå. Stegljudsmattan försummades i studien då dess placering hade påverkat samverkansgraden mellan KL-trä och betong. Egna mätningar för ljudegenskaper efter borttagande av stegljudsmatta kunde inte genomföras då tid, utrustning samt resurser saknades för detta i denna studie och därför får ljudkraven antas vara uppfyllda enligt kravspecifikation.

Kontroll av brandkrav

KL-träskivor som är horisontellt lagda brinner ungefär 0.65 mm/min om endast ett lager är exponerat mot brand (Stora Enso, 2016b). Tester för brand på KL-trä påvisar att en 5-lagers KL-träskiva med tvärsnittshöjd på minst 160 mm och används som bjälklag uppfyller brandteknisk klass REI 90, vilket redovisas i figur 10 (Stora Enso, 2016b). Vid testet användes en spännvidd på 5 meter. Detta innebär att vald bjälklagslösning med gips på nedpendlat undertak är överflödigt ur brandsynpunkt.

Kontroll av hållfasthet

Kontroll av hållfasthet för samverkansbjälklaget utfördes enligt Gamma-metoden och Timoshenko-balk-teori där resultat från båda metoder jämfördes mot varandra för att visa på att ett rimligt resultat erhållits. Beräkningar redovisas i bilaga 13 och 14.

Fullständig samverkan antogs mellan betong och KL-trä enligt studier genomförda av Thilén (2017), Tannert et. al. (2017), Bajzecerová (2017) och Gerber (2016) även om det i verkliga fall aldrig helt går att uppnå (Lukaszewska, 2009). Därmed bör det ses som tillräckligt att anta detta vid kontroll av hållfasthet enligt använda beräkningsmetoder.

Slutlig uppbyggnad av samverkansbjälklaget

Efter redovisade förändringar av bjälklaget ur KL-trähandboken togs den slutliga uppbyggnaden av samverkansbjälklaget fram med hjälp av kravspecifikationen och kontrollberäkningar. De ingående materialen redovisas i tabell 4 med ett förklarande snitt i figur 11.

Figur 8. Brandteknisk klass för lastbärande KL-träskivor som undertak/bjälklagselement (Stora Enso, 2016b)

Tabell 4. Ingående material med respektive tjocklek i den slutliga versionen av samverkansbjälklaget. Material Tjocklek [mm] Betong 80 KL-trä 200 Nedpendlade stålprofiler för undertak 120 Stenull 95 Brandgipsskiva 15 Brandgipsskiva 15

4.2.3 Koldioxidutsläpp för respektive material i samverkansbjälklaget

Nedan redovisas de byggmaterial som ingår i samverkansbjälklaget och dess koldioxidutsläpp hämtat genom miljövarudeklarationer, EPD:er, från olika tillverkare. Samtliga miljövarudeklarationer återfinns som bilagor.

Gipsskiva Protect F

De brandgipsskivor som monteras i underkant på det nedpendlade undertaket har en tjocklek på 15,4 mm vardera (Gyproc Saint-Gobain, u.å. a). Enligt EPD i enlighet med EN 15804 redovisas resultatet för koldioxidutsläpp för en enkel gipsskiva i tabell 4. Bjälklaget innehåller två skivor av detta material och således dubbleras resultatet från tabell 5 vid sammanställningen av LCA.

Tabell 5. Koldioxidutsläpp för olika skeden enligt EPD.

Parameter Resultat

[kg CO2-ekv/m2]

Summa

[kg CO2-ekv/m2]

A1)-A3) Vagga - grind 3,2 3,2

A4) Transport 0,35 3,55 A5) Installation 0,15 3,7 C1) Rivning 0,042 3,742 C2) Transport av avfall 0,074 3,816 C3) Restprodukthantering 0,014 3,83 Isolering

I underkant av KL-träskivan på brandgipsskivorna placeras 95 mm stenull. Enligt figur 9 skall 80 mm isolering användas, men då isolerskivor oftast går att få i tjocklekar på 70 mm eller 95 mm valdes därför 95 mm. Koldioxidutsläpp enligt EPD i enlighet med EN 15804 redovisas i tabell 6.

Tabell 6. Koldioxidutsläpp för stenull uppdelat i olika skeden enligt EPD.

Parameter Resultat

[kg CO2-ekv/m2]

Summa

A1)-A3) Vagga - grind 3,11 3,11

A4) Transport 0,367 3,477

A5) Installation 0,078 3,555

C2) Transport 0,006 3,561

C4) Avfallshantering 0,014 3,575

D) Återvinning -0,086 3,489

Stålprofilsystem för nedpendlat undertak

Undertaksystemet på vilka gipsskivorna monteras i underkant av bjälklagskonstruktionen består av ett stålprofilsystem för nedpendlat undertak, se figur 12.

Enligt EPD från leverantör av denna produkt i enlighet med EN 15804 presenteras koldioxidutsläppet i tabell 7 som kg CO2-ekv/ton stål.

Enligt leverantörens specifikationer har stålet i taklösningen en vikt på cirka 1,5 kg/m2 undertak.

Tabell 7. Koldioxidutsläpp för stålprofiler uppdelat i olika skeden enligt EPD. Parameter Resultat [kg CO2-ekv/ton] Resultat [kg CO2-ekv/m2] Summa

A1)-A3) Vagga - grind 2900 4,35 4,35

A4) Transport 43 6,45E-2 4,41

A5) Installation 80 0,12 4,53

C2) Transport av avfall 3,3 4,95E-3 4,539

C4) Avfallshantering 2,4 3,6E-3 4,543

D) Återanvändning -1600 -2,4 2,143

Trä

KL-träskivan är uppbyggd av konstruktionsvirke med hållfasthetsklass C24. Limmet som sammanbinder de olika lagren av lameller i KL-träskivan är av 1-komponents polyuretanlim (PUR type 1) och utgör cirka 1 % av produkten (Stora Enso, 2016a). KL-trämaterialet levereras från en KL-trä-fabrik i Österrike för transport på elektrifierad järnväg till Sverige (J. Edin, mailkonversation, 16 mars 2018).

KL-trämaterialets koldioxidutsläpp är utförd enligt EN 15804, se tabell 8. Resultatet gäller för 1 m3 _{KL-trä. Värde för lagrad biogen kolhalt för 1 m}3 _{trä är beräknat enligt}

europeisk standard EN 16449 till -731 kg CO2-ekv. Vidare har slutskede C-D enligt

ISO 14044 en uppdelning beroende på om träet skall återanvändas, återvinnas eller förbrännas vilket ger olika utfall för livscykelanalysen.

Figur 10. Principlösning av nedpendlat undertaksystem i bjälklagskonstruktion.

Tabell 8. Koldioxidutsläpp för KL-trä uppdelat i olika skeden enligt EPD. Parameter Resultat [kg CO2-ekv/m3] Resultat [kg CO2-ekv/m2] Summa

Lagrad biogen kolhalt för trä -731 -146,2 -146,2

A1)-A3) Vagga - grind +60 +12 -134,2

A4) Transport till Sverige +33.86 +6,772 -127,428

C1) Rivning +0,551 +0,110 -127,318 C2) Transport +2,37 +0,474 -126,844 C3) Restproduktshantering +735 +147 20,156 C4) Avfallshantering +0 +0 20,156 D) Förbränning -413 -82,6 -62,444 (Återvinning) -744 -148,8 (Återanvändning) -787,8 -157,56 Betong

Betongen är av kvalitet C30/37. En EPD är sammanställd i tabell 9 och redovisar skede A1-3 enligt europeisk standard, EN 15804.

Enligt litteraturstudie antas betongen absorbera 12 % av utsläppt koldioxid under tillverkningsprocessen vid återanvändning (Peñaloza, Erlandsson & Pousette, 2017).

Tabell 9. Koldioxidutsläpp för betong uppdelat i olika skeden enligt EPD.

Parameter Resultat [kg CO2-ekv/m3] Resultat [kg CO2-ekv/m2] Summa A1) Råvaruförsörjning 244 19,52 19,52 A2) Transport 6,15 0,49 20,01 A3) Tillverkning 1 0,08 20,09 D) Återvinning -2,41 17,68

Armering

Armering i betongen antogs bestå av armeringsnät av storlek 150x150 mm med diameter på armeringsjärn på ø10 mm och kvalitet NK500AB-W. Uppgifter på armeringsnät redovisas i figur 13. Valt nät har således densiteten 847,53 kg/m3 enligt

, /!"

,#$∗ , $∗ , $ 847,53 + /, .

EPD:n är utförd enligt EN 15804 för skede A1-A4. A4 har beräknats med ett avstånd på 500 km. Stålet är enligt EPD framtagen som kg CO2-ekv/ton stål vilket är omräknat

till CO2-ekv/m3 samt CO2-ekv/m2 samverkansbjälklag enligt tabell 10.

Tabell 10. Koldioxidutsläpp för armering uppdelat i olika skeden enligt EPD.

Parameter Resultat [kg CO2-ekv/m3] Resultat [kg CO2-ekv/m2] Summa A1) Råvaruförsörjning 279,7 2,80 2,80 A2) Transport 31,4 0,31 3,11 A3) Tillverkning 1,4 0,01 3,12

A4) Transport till byggarbetsplats

23,7 0,24 3,36

Lim

Det lim som utgör skjuvförbindare i samverkansbjälklaget skulle vara av samma typ som användes vid studierna av Tannert et al. (2017) samt Thilén (2017). Limmet är ett tvåkomponents-epoxilim med benämning Sikadur-31 DW och går att få tag på i Sverige. Applicering av lim för att fästa betongen i KL-träskivan skall utföras

samverkansgraden mellan materialen enligt studien genomförd av Thilén (2017), Tannert et al. (2017) och Gerber (2016). Det krävs att limmet appliceras precis innan pågjutning av betong genomförs vilket gör det till ett kritiskt moment för utförande på byggarbetsplatsen, framförallt tidsmässigt (Thilén, 2017).

Enligt SIKA var Sikadur-31 DW troligtvis valt på grund av dess lättillgänglighet. En produktingenjör på SIKA i Schweiz ansåg att Sikadur-31+ skulle vara mer lämpligt för ändamålet (A. Baier, mailkonversation, 4 maj, 2018). På grund av avsaknad av miljövarudeklarationer för dessa lim samt bristfällig respons från SIKA Sverige kunde inte värden för koldioxidutsläpp erhållas i denna studie.

4.3 Livscykelanalys (LCA)

Livscykelanalysen har sammanställt resultatet av samtliga material för varje skede i livscykeln. För denna studie genomfördes beräkningarna på två sätt. Vid alternativ ett togs trämaterialets initiala lagrade biogena kolhalt med i beräkningen vilket medförde att hänsyn måste tas till vad som händer med materialet efter livscykelns systemgräns. Vid alternativ två ansåg trämaterialet vara klimatneutralt vilket innebär att trämaterialets initiala lagrade biogena kolhalt inte kunde inkluderas. För att påvisa skillnaderna för detta genomfördes två sammanställningar i tabell 11 och tabell 12.

Tabell 10 redovisar sammanställning med trämaterialets lagrade koldioxid i beaktande. Då har förbränning valts som åtgärd efter trämaterialets livscykel. Detta visade sig vara det minst miljövänliga alternativ i förhållande till återanvändning och återvinning. Skillnaderna återfinns i tabell 8.

Tabell 11. Sammanställning av miljöpåverkan enligt utförd LCA med trämaterialets lagrade biogena kolhalt i beaktande.

Skede Resultat

[kg CO2-ekv/m2]

Summa

[kg CO2-ekv/m2]

Lagrad biogen kolhalt för trä -146,2 -146,2

Produktionsskedet

A1) – A3) Vagga - grind 49,05 -97,17

Byggnadsskedet

A4) Transport till byggarbetsplats 7,794 -89,026

A5) Bygg- och installationsprocessen 0,498 -88,528

Slutskede C1) Demontering, rivning 0,194 -88,334 C2) Transport av avfall 0,633 -87,701 C3) Restproduktanvändning 147,028 59,367 C4) Avfallshantering 0,018 59,385 D) Förbränning/återvinning -87,496 -28,151

Tabell 12 redovisar sammanställningen där trämaterialet antas vara klimatneutralt.

Tabell 12. Sammanställning av miljöpåverkan enligt utförd LCA utan trämaterialets lagrade biogena kolhalt i beaktande.

Skede Resultat

[kg CO2-ekv/m2]

Summa

[kg CO2-ekv/m2]

Produktionsskedet

A1) – A3) Vagga - grind 49,05 49,07

Byggnadsskedet

A4) Transport till byggarbetsplats 7,794 56,864

A5) Bygg- och installationsprocessen 0,498 57,362

Slutskede C1) Demontering, rivning 0,194 57,556 C2) Transport av avfall 0,633 58,189 C3) Restproduktanvändning 0,806 58,995 C4) Avfallshantering 0,018 59,013 D) Återvinning -4,896 58,917

Figur 14 redovisar varje skedes totala utsläpp samt hur de står sig i förhållande till varandra. Skedena A1)-A3) bidrar till mest utsläpp av koldioxidekvivalenter. Diagrammet i figur 14 bygger på tabell 12 och trämaterialet antas vara klimatneutralt. Detta medför att den initiala lagrade biogena kolhalten i träet samt D) inte finns redovisade i diagrammet.

Figur 12. Diagrammet visar hur mycket utsläpp varje skede står för.

-10 0 10 20 30 40 50 60

A1) – A3) Vagga - grind A4) Transport till byggarbetsplats C3) Restproduktanvändning C2) Transport av avfall A5) Bygg- och installationsprocessen C1) Demontering, rivning C4) Avfallshantering D) Återvinning/Återanvändning

kg CO2-ekv/m2

Koldioxidutsläpp per skede

4.4 Sammanfattning av insamlad empiri

4.4.1 Litteraturstudie

Flertalet LCA där KL-trä jämförs mot traditionellt byggande i betong och stål har genomförts. Resultat från dessa LCA påvisar att koldioxidutsläppen kan minskas genom ett ökat användande av biobaserade material. Dock skiljer sig resultaten värdemässigt ganska kraftigt mellan de olika studierna trots att samma enhet, kg CO2

-ekv/m2_{, används. Detta beror på flertalet fallspecifika faktorer som skiljer sig mellan}

olika LCA (Peñaloza, 2017). Somliga väljer att använda sig av överförenklingar i LCA genom att exempelvis se trä som klimatneutralt medan andra mer påkostade studier tar hänsyn till komplicerade faktorer såsom längre analysperioder, lagrad biomassa, senare utsläpp av biogent kol samt karbonatisering av betong.

En åtgärd för att minska koldioxidutsläppen är att införa krav eller standardisering på att LCA bör utföras för varje byggprojekt. Detta skulle bidra till förenklade metoder för utförande av LCA samt öka tillgången till bättre och mer korrekt data, vilket i sin tur bidrar till ökat engagemang mot lägre koldioxidutsläpp (Meggers et al., 2011). Då LCA-resultat skiljer sig mycket mellan olika studier är en uppdatering av befintlig standard nödvändig för att förtydliga hur datainsamling samt kontroll av kvalitet för den data som samlats in bör ske (Anand & Amor, 2017).

4.4.2 Dokumentanalys

Uppbyggnad inhämtades från KL-trähandboken för att säkerställa att ljudkrav enligt BBR efterlevdes (Svenskt trä, 2017). Bjälklagets uppbyggnad bestod således av 80 mm betong, 200 mm KL-trä, stålprofil för nedpendlat undertak, 95 mm stenull samt dubbla 15,4 mm brandgipsskivor. För att säkerställa att resterande krav ur kravspecifikation efterlevdes kontrollerades brandkrav, hållfasthet och miljökrav. Brandkraven kunde godkännas genom inhämtande av data som påvisade att KL-träskivan på egen hand uppnådde brandteknisk klass REI 90. Hållfasthet beräknades enligt gamma-metoden i Eurokod 5, del 2. Miljökravet säkerställdes genom att de EPD:er som användes för varje material i LCA var utförda enligt EN 15804. Svårighet uppkom i att få tag i EPD för det lim som användes som skjuvförbindare. Efter mailkontakt med SIKA framgick det att EPD saknades för detta lim.

4.4.3 Livscykelanalys, LCA

LCA redovisade resultat med och utan hänsyn till träets lagrade biogena kolhalt. För båda alternativ påvisades att produktionsskedet utgör störst koldioxidutsläpp följt av transport- och byggnadsskedet. Livscykelanalysen påvisar även att beroende på hur avfallshanteringen sker kan koldioxidutsläppen variera. Att återanvända materialen i slutskedet ger bäst resultat.