Hur kan en klimatneutral betong nås i Sverige år 2045?: En översiktsstudie om framstegen att reducera betongens klimatpåverkan i Sverige

EXAMENSARBETE INOM BYGGTEKNIK OCH DESIGN GRUNDNIVÅ 15 HP

STOCKHOLM, SVERIGE 2020

Hur kan en klimatneutral betong nås i Sverige år 2045?

En översiktsstudie om framstegen att reducera betongens klimatpåverkan i Sverige

Aron Christoffersson

Mohammed Abdi

TRITA-ABE-MBT-20139

Sammanfattning

Betongen är ett kompositmaterial bestående av ballast (sten, sand & grus), vatten, och cement.

Betong är ett av världens viktigaste och mest konsumerade konstruktionsmaterial och används för att bygga allt från städer och skyskrapor till broar, dammar, vägar med flera. Materialets goda beständighet, formbarhet, och hållfasthet samt dess livslängd och flexibilitet gör den till ett oersättligt konstruktionsmaterial. Betongens användning kommer att fortsätta öka i framtiden i takt med de ökade samhällssatsningar som görs på bostäder och infrastruktur. Betongen bidrar däremot med stora mängder av CO

-utsläpp, framförallt från cementtillverkningen.

Sverige ska bli ett fossilfritt välfärdsland och nationella mål har satts för att förverkliga detta. För att Sverige ska ha ett nettonollusläpp år 2045 görs det rekordstora satsningar för att förverkliga detta.

Samtidigt uppskattar Boverket (2020) att det till 2025 kommer att behövas 600 000 nya bostäder och en betydande satsning görs inom infrastrukturen.

Syftet är att undersöka en möjlig väg till klimatneutral betong som grundar sig på tekniker, metoder och de innovationer som finns tillgängliga idag eller som bedöms finnas tillgängliga i den närmaste framtiden baserat på pågående forskning. Fokusen i rapporten ligger på att få med helheten av arbetet och forskningen som pågår för att göra betongen klimatneutral.

I resultaten framgår det en analysdel där det studeras olika åtgärder som anses vara nödvändiga till reduceringen av betongens klimatpåverkan. Här redogörs 6 tekniker och metoder som bidrar till både kortsiktiga och långsiktiga mål för en klimatneutral betong. Undersökta tekniker är t.ex.

implementering av tekniken koldioxidavskiljning och lagring (CCS) i cementproduktionen, elektrifiering av cementtillverkningsprocessen för att minska bidraget från uppvärmning och optimering av betongrecept genom användning av olika tillsatsmaterial såsom masugnsslagg och flygaska. I andra delen av resultatet illustreras en gestaltning av en möjlig väg till en klimatneutral betong som bygger på tidigare analyserade tekniker och åtgärder. Genom översiktliga beräkningar och vissa antagande illustreras ett resultat till frågeställningen.

Vi har genom att förenkla den komplexa verkligheten av att nå en nära klimatneutral betong,

påvisat potentialen av LC

med kalcinerad lera i kombination med en elektrifiering av

cementproduktionen som en möjlighet för att koldioxidutsläppen hos en betong. Men tekniken är

ännu ung och det behövs vidare undersökning av bland annat lerans tillgänglighet och potential i

Sveriges cementtillverkning. Den här leran används redan i södra Sverige och mesta delen av

Finland som tillsats i papperstillverkningen för att göra pappret vitt och minska dess

genomskinlighet. Cementindustrin kunde enkelt använda den förkastade eller missfärgade leran av

metakaolin fynd/resurser

Abstract

Concrete is a composite material consisting of aggregate (stone, sand & gravel), water, and cement.

Concrete is one of the world's most important and utilized construction materials and is used to build everything from cities and skyscrapers to bridges, dams, roads and much more. It’s good durability, formability, and material strength, as well as its lifespan and flexibility, makes it an irreplaceable structural material. The use of concrete will continue to increase in the future in line with the increased social investments in housing and infrastructure. Concrete, on the other hand, contributes to a large amounts of CO

emissions, especially from cement production.

Sweden will become a fossil-free country and national goals have been set to make this happen.

For Sweden to have a net tonnage emission in 2045, investments are being made to realize this. At the same time, Boverket (2020) estimates that by year 2025, 600 000 new homes will be needed, and significant investments are being made in the infrastructure.

The purpose is to investigate a possible path to climate-neutral concrete based on techniques, methods and the innovations that are available today or that are expected to be available in the near future based on ongoing research. The goal of this report is to get the whole picture of the effort being done to alleviate carbon emissions due to the manufacturing of concrete.

The results show an analysis section that studies various measures that are considered necessary for the reduction of the concrete's climate impact. Here we describe 6 techniques and methods that contribute to both short-term and long-term goals for a climate-neutral concrete. Examined techniques are e.g. implementation of the carbon dioxide capture and storage (CCS) technology in cement production, electrification of the cement manufacturing process to reduce the contribution of heating and optimization of concrete recipes using various additives such as blast furnace slag and fly ash. In the second part of the result illustrates a design of a possible path to a climate- neutral concrete based on previously analysed techniques and measures taken. Through summary calculations and some assumptions, a result is illustrated with a flowchart to answer our question.

By simplifying the complex reality of reaching a near climate neutral concrete, the potential of LC

with calcined clay in combination with an electrification of the cement production to reduce carbon dioxide emissions of a concrete has been demonstrated. But the technology is still in its infancy and further research is needed on, among other things, the availability and potential of the clay in Sweden. This clay can already be found in southern Sweden as well as in most of Finland, as an additive in papermaking industry to make the paper white and reduce its transparency. The cement industry could easily make use of disposed or off-white pasts of meta kaolin findings/resources.

Förord

Detta examensarbete är utfört på skolan Arkitektur och samhällsbyggnad vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm inom Byggnadsteknik och byggvetenskap. Författarna svarar själva för framförda åsikter, slutsatser och resultat.

Vi vill ge ett stort tack till vår akademiska handlare Gunilla Teofilusson på KTH som genom stöd och konstruktiv kritik hjälpt oss att tackla detta breda ämne och oväntat komplicerade arbete. Mikael Westerholm och Bodil Wilhelmsson på Cementa vill vi tacka för all hjälp i att besvara våra många frågor i både mail och intervjuer och för deras brinnande passion för ett arbete som är så viktigt.

Håkan Johansson på Trafikverket och Åsa Laurell Lyne på KTH vi vill även rikta ett stort tack för de givande intervjuerna som bidragit till att skapa förståelse i respektive ämne.

Louise Andersson och Otto During på RISE tackar vi för att på ett tidigt stadie kopplat ihop oss med passande personer att intervjua eller att givit en riktlinje i vad som behöver göras för att nå en klimatneutral betong.

Till läsaren

Rubriken litteraturstudie är uppdelat i tre olika huvudområden. Det första huvudområdet är allmän bakgrundsfakta om betong. För att ge läsaren kunskap om och bekantskap med betong, beskrivs här rena fakta om betong till exempel betongens ingående huvudingredienser såsom olika tillsatsmaterial. Kapitlet fortsätter med beskrivning av både offentliga och privata aktörer som driver frågan om klimatneutral betong. Det framgår till exempel beskrivningar om svensk klimatpolitik och initiativet Fossilfritt Sverige samt branschorganisationen Svensk Betong m.fl.

Som avslutning av kapitlet studeras betongen ur ett livscykelperspektiv, för att få en bild över var i betongens framtagningsprocess största koldioxidutsläppet sker, samt tittar på hur klimatvänligt man kan göra betongen med dagens olika tekniker, metoder och innovationer

Under rubriken Resultat redovisas generellt det arbetet som görs av byggbranschen och inom pågående forskning, som kan bidra till både kortsiktiga och långsiktiga mål om klimatneutral betong. Vi tittar närmare på 7 nya tekniker och innovationer som anses vara grunden för att uppnå målet. Vi tar upp här till exempel framtida tekniken CCS & CCU som kan tillämpas vid cementproduktionen, elektrifiering av cementens tillverkningsprocess samt kalcinerade leror m.fl.

Kapitlet avslutas med en gestaltning av en möjlig väg till en klimatneutral betong. Gestaltningen görs genom att presentera vilken inverkan olika åtgärder i cementtillverkningen kan ge. Effekten av vad dessa åtgärder kan ge bygger på ovan nämnda tekniker/metoder med vissa antagande och övergripande beräkningar

I Slutsats & diskussion framgår författarnas personliga åsikter, spekulationer och några andra

visualiseringar kring klimatarbetet.

Nomenklatur

Förkortningar

vct vattencementtal

vbt vattenbindemedel

EPD Environmental Product Declaration

LCA Livscykelanalys

CCS Carbon Capture and Storage (Avskiljning, transport och lagring av koldioxid).

CCR/CCU Avskiljning och användning av koldioxid, Carbon Capture and Recycling/Utilization

SGU Sveriges Geologiska Undersökning

EPCC Equivalent Performance of Combinations Concept

OPC Ordinary Portland Cement

RISE RISE RESEARCH INSTITUTES OF SWEDEN

GWP Global Warming Potential

GGBS Ground Granulated Blast- Furnace Slag

KKRP Kemisk Koldioxidavskiljning av Rökgaser och Processgaser

Definitioner

Cementpasta: Blandningen av cement, vatten och eventuella tillsatser.

Hydrauliskt bindemedel: Ett hydrauliskt bindemedel kännetecknas av att det hårdnar genom reaktion med vatten till en produkt som är beständig mot vatten. Portlandcement är exempel på hydrauliskt bindemedel.

Icke hydrauliskt bindemedel: Kalk är ett exempel på icke hydrauliskt bindemedel dvs den reagerar med vatten, men det kan inte hårdna under vatten.

Detta för att kalk behöver koldioxid från luften för att hårdna.

Puzzolan: Ett puzzolant material reagerar med upplöst kalciumhydroxid

och bildar reaktionsprodukter med hållfasthetsegenskaper och

kemisk sammansättning som liknar reaktionsprodukter från

hydrauliska bindemedel.

Cementtyp: Definieras efter sammansättning. De vanligaste är

sammansättningen i Sverige är CEM I och CEM II. Varje cement exklusive CEM I kan indelas i olika kombinationer.

S - Slagg D - Silikastoft

P - Naturliga puzzolaner W - Flygaska (W-kalkrik) V – Flygaska (V-kiselrik)

Hållfasthetskrav: Cementklasser indelas i tre hållfasthetsklasser efter cementens tryckhållfasthet, MPa, som ska uppnås efter 28 dygn.

Klass 32,5: ger 32,5 ≤ normaltryckhållfasthet ≤ 52,5 MPa Klass 42,5: ger 42,5 ≤ normaltryckhållfasthet ≤ 62,5 MPa Klass 52,5: ger normaltryckhållfasthet ≥ 52,5 MPa

Ytterligare beteckningar: Med beteckningarna L, N och R menar man låg, normal respektive högre tidig hållfasthet. Beteckningen SR används för att visa att cementet är sulfatresistent.

Karbonatisering: Innebär att koldioxid från luften reagerar med

kalciumhydroxid i härdad betong och bildar kalciumkarbonat vilket sänker pH-värdet i betongen.

Koldioxid Koldioxid är en naturlig gas som förekommer naturlig i luften som vi andas. Den uppkommer som en gas utan lukt, färg eller smak och har en kemisk sammansättning CO

Permafrost Definieras som ett tillstånd där temperaturen av ett jordlager förblir

under fryspunkten minst två år i rad.

Innehållsförteckning

1. Introduktion 1

1.1. Bakgrund 1

1.2. Syfte och frågeställning 2

1.3. Avgränsningar 3

2. Metod 4

2.1. Litteraturstudie 4

2.2. Intervjuer 4

2.3. Verktyg 5

2.3.1. Microsoft Excel 5

2.3.2. Lucidchart 5

2.4. Beräkningar av koldioxidutsläpp 6

3. Teoretisk referensram 7

3.1. Allmänna fakta om Betong 7

3.2. Ballast 7

3.3. Vatten 7

3.4. Cement 8

3.4.1. CEM I 8

3.4.2. CEM II 8

3.4.3. CEM III 8

3.4.4. CEM IV & CEM V 8

3.4.5. Vattencementtal 9

3.5. Tillsatsmedel 9

3.6. Tillsatsmaterial 9

3.6.1. Silikastoft 10

3.6.2. Flygaska 10

3.6.3. Slagg 10

3.7. Betong i produktion 10

3.8. Klimatpolitiken i Sverige 11

3.8.1. Klimatlagen 11

3.8.2. Klimatmålen 11

3.8.3. Klimatpolitiska rådet 11

4. Litteraturstudie 12

4.1. Byggbranschen 12

4.1.1. Branschens målsättning 12

4.1.2. Fossilfritt Sverige 13

4.1.3. Svensk Betong 13

4.1.4. Sveriges cementindustri 13

4.1.5. Klimatanpassad cement 15

4.2. Betongen ur ett LCA perspektiv 15

4.2.1. Råvara & Betong 16

4.2.2. Produktion 16

4.2.3. Transport 17

4.2.4. Återvinning 17

4.3. Dagens klimatanpassade betong 17

4.3.1. Anläggningsbetong 18

4.3.2. Husbyggnadsbetong 18

5. Analys och Resultat 19

5.1. Analys 19

5.1.1. Koldioxidupptag i betong. 19

5.1.2. Betongkonstruktioner 21

5.1.3. CCS 24

5.1.4. Elektrifiering av cementens tillverkningsprocess. 28

5.1.5. Optimering av cementrecept 29

5.1.6. Kalcinerade leror 30

5.2. Resultat 32

5.2.1. Antaganden utifrån analysen 32

5.2.2. Förklaring av flödesschema 33

5.2.3. Vägen till en klimatneutral betong 36

6. Slutsats och Diskussion 37

6.1. Resultatdiskussion 37

6.2. Metoddiskussion 37

6.3. Utmaningar och Begränsningar 38

6.4. Slutsats och rekommendationer 38

6.4.1. Slutsats 39

6.4.2. Rekommendationer 39

6.5. Förslag till fortsatta studier 40

7. Referenslista 41

8. Bilagor: 1

1. Introduktion

Denna rapport kommer att redogöra resultat och slutsatser från en översiktligt studie av hur en kubikmeter klimatneutral betong kan framställas. Genom att studera betongens tillverkningsprocess undersöks hur dess klimatpåverkan kan reduceras i sin helhet. Studien görs utan att företräda byggsektorn. Med hjälp av den forskning och framsteg som har gjorts under senaste åren, vill vi belysa hur långt man har kommit med att minska betongens emissionsutsläpp, och vad som krävs för att nå klimatneutral betong år 2045. I denna rapport tittar vi närmare på betong som används inom infrastrukturen och varför den är en viktig pusselbit i att nå Sveriges klimatmål.

Figur 1.1. BrF Viva som har byggts i betong med upp till 30% mindre klimatpåverkan i jämförelse med mer traditionell betong. Bildkälla: (Brf Viva, Göteborg | Riksbyggen, 2020.)

1.1. Bakgrund

Klimatfrågan är högst aktuellt idag både nationellt och globalt för att hålla planetens

temperaturökning under två grader. År 2017 beslutade riksdagen om en ny klimatlag och nya

klimatmål, som innebär en målsättning på nettonollusläpp av växthusgaser till år 2045. För att bidra

till den nationella målsättningen måste samhällsbyggnadssekton ta ansvar för att identifiera och

genomföra förbättringsåtgärder. I dagsläget står byggsektorn för 40 procent av landets totala energi-

och materialförbrukning, (Riksdagsförvaltningen, 2017 & Boverket, 2020). Det finns stora

önskemål och behov i byggbranschen att minska och hitta lösningar till miljöpåverkan som uppstår

i samband med materialkonsumtion, bland annat från betongen.

Betong är ett av väldens viktigaste och mest konsumerade konstruktionsmaterial och består av ballast, vatten, cement och eventuella tillsatsmedel och tillsatsmaterial. Betongens goda beständighet, formbarhet, och hållfasthet gör den till ett oersättligt material. Statistiken indikerar på att betongkonsumtionen kommer att fortsätta öka i framtiden. Betongen bidrar däremot med stora mängder av koldioxidutsläpp, framförallt från cementtillverkningen.

Enligt Svensk betong 2017, finns en vision och målsättning att klimatneutralbetong ska finnas tillgängligt på marknaden senast 2030 och användas överallt i Sverige år 2045. Betongbranschen har en kortsiktig målsättning av att halvera betongens klimatpåverkan inom de kommande fem åren, genom optimering av betongsammansättning och användning av alternativa tillsatsmaterial.

Staffansson (2019) nämner i “En studie om konstruktörer kan minska klimatpåverkan av koldioxid från betong via kravspecifikation” förslag till vidare forskning av CCS för implementering i Sverige, ett maximalt utnyttjande av tillsatsmaterial och slankare konstruktioner i betong. Detta ger en liten indikation på att det finns osäkerheter i vad som kan krävas för att framställa en klimatneutral betong.

När Betong studeras i en livscykelanalys (LCA) så står cementen för över 90% av en betongs koldioxidutsläpp. Cementens koldioxidutsläpp är till största del en följd av cementklinkertillverkningen, (Svensk betong, 2017).

Lösningsförslag till punktutsläpp som uppstår i samband med cementtillverkningen är till exempel implementering av CCS, elektrifiering av cementproduktionen samt receptoptimering genom att använda diverse tillsatsmaterial i betongen, såsom flygaska, masugnsslagg och eventuella kalcinerade leror.

1.2. Syfte och frågeställning

Syftet är att undersöka en möjlig väg till klimatneutral betong som grundar sig på tekniker, metoder och de innovationer som finns tillgängliga idag eller som bedöms finnas tillgängliga den närmaste framtiden baserat på pågående forskning. Avsikten är att sammanställa en rapport av en klimatneutral betong där fokus ligger på att identifiera koldioxidreducerande helhetsåtgärder för betong, utan att företräda, eller vara en del av betongindustrin

För att besvara den breda frågan “Hur når man en klimatneutral betong år 2045?”, bryts de ner i delfrågor som följer.

➢ Hur klimatanpassad är betong idag?

➢ Vad gör man i byggbranschen för att minska klimatbelastningen av betongen?

➢ Hur arbetar offentliga sektorn med att minska betongens klimatpåverkan?

➢ Vad kan det krävas för nya teknik/metoder för en klimatneutral betong?

➢ Vilka utmaningar och begränsningar finns det?

1.3. Avgränsningar

➢ I rapporten avgränsas klimatpåverkan till endast koldioxidutsläpp, vi tittar inte på andra negativa hållbarhetsaspekter som uppstår vid betongframställning

➢ Arbetet begränsas också till en överskådlig information för att fånga helhetsperspektivet kring klimatneutral betong. Vilket innebär att vi inte kommer titta djupt på någon specifik metod eller teknik

➢ Det föreslås inte heller några åtgärder till koldioxidutsläpp som uppstår i samband med framtagning av ballast, vatten, tillsatsmaterial och transport

➢ Utöver intervjuerna, begränsas källorna till det som finns fritt tillgängligt till allmänheten,

då det har varit svårt att ta få tag på information om pågående forskningar.

2. Metod

Litteraturstudien utförs i praktiken i två olika stadier. I det första stadiet söks information för att bygga kunskapen för hur betong görs och används idag enligt metod som faställdes under en förstudie. Informationen användes för att bättre formulera frågor för intervjuerna och definiera vilka områden som är av vikt för att framställa en klimatneutral betong vilket presenteras i Figur 2.1.

Nästa stadie involverar att expandera den information given i stadium ett med en gedigen litteraturstudie och med kompletterande intervjuer där litteraturstudien visar sig bristfällig.

Informationen för stadium ett återfinns under rubriken “3. Litteraturstudie” medans stadium två återfinns under analys och resultat. Uppdelningen sker eftersom litteraturstudien i stadium två är en direkt följd av bedrivna intervjuer. Översiktsbilden dvs Figur 2.1 byggdes därefter på med information given genom valda metoder.

Ett mindre platsbesök gjordes till Huddinge sjukhus för att med egna ögon se hur en byggnad uppförd med en betongfasad ser ut. Huddinge sjukhus är något unik i det att den har en betongfasad från 1970 talet och 2010 talet.

2.1. Litteraturstudie

Stor andel av tiden har lagts på litteraturstudie. Genom rekommendationer via mail från branschexperter och akademiska handledare samt egna informationssökningar blev stor mängd information tillgänglig. Litteraturstudien omfattar genomgång och granskning av forskningsrapporter, artiklar, böcker, EPD:er och annat referensverk inom området. Egna informationssökningar genomfördes genom bland annat arkivet Diva, KTH Bibliotekets databas, www.environdec.com och Google uppslagsverk. Fakta och resultaten baseras på information från flera olika källor. Information från branschens erkända institut, föreningar och initiativ har vägt tyngst för att säkerställa tillförlitligheten. Vi har använt nyckelord som bl.a. Miljövänlig betong, betongens klimatpåverkan, klimatneutral betong, livscykelanalys, CCS, CCU, betongens koldioxidupptag, karbonatisering, kalcinerade leror, tillsatsmaterial, flygaska, masugnsslagg m.fl. i våra sökningar.

2.2. Intervjuer

För att förstärka resultatet och få ett brett perspektiv om hur branschen jobbar med betongens klimatpåverkan genomfördes intervjuer. Syftet med intervjuerna var också att få med de olika aktörerna som frågeställningen berör, för att kunna få en bild över hur deras arbete tillsammans bidrar till en klimatneutral betong. De intervjuade arbetar på bland annat Trafikverket som är den största beställaren av anläggningsbetong, Cementa AB som är den enda cementtillverkaren i Sverige samt forskare inom området.

Intervjufrågorna var inte standardiserade, utan anpassades till kandidaternas bakgrund och

kompetens i möjligaste mån. Till varje intervju sammanställdes intervjufrågor och skickades till

respektive intervjukandidat ett par arbetsdagar innan intervjun, för att möjliggöra förberedning. På

grund av rådande situationen med Covid-19 genomfördes intervjuerna digitalt, via Zoom eller

telefonsamtal. Varje intervju spelades in och transkriberades samt skickades till respektive

intervjukandidat för verifiering och godkännande, vilket minimerar missförstånd och feltolkningar.

Samtliga använda och transkriberade intervjuer tas med som bilagor till denna rapport 2.3. Verktyg

2.3.1. Microsoft Excel

Ett kalkylerings program som har använts till att sammanställa och data som insamlats från flera EPD:er.

2.3.2. Lucidchart

För att visualisera resultatet används programmet Lucidchart och är ett verktyg för att bygga flödesscheman och mindmaps. Verktyget används för att snabbt framställa ett estetiskt tilltalande flödesschema från summationen av givet resultat. Användning av verktyget är alltså inte nödvändig för att återskapa resultatet.

Figur 2.1: En översiktsbild för vägen till en klimatneutral betong. Grön pil representerar en optimal väg.

2.4. Beräkningar av koldioxidutsläpp

För att visa på hur en klimatneutral betong kan nås behöver koldioxidutsläppen idag fastställas.

Sedan reduceras utsläppen genom diverse insatser som ges av litteraturstudien tills ett nettonoll utsläpp uppnåtts i betongen.

Först bestäms dagens koldioxidutsläpp av betong. Detta görs genom att dela in framställningsprocessen av betongen i flera delar som sedan kan hänvisas till ett utsläpp eller upptag av koldioxid. Dessa delar är cementsort, cementtillverkning, betongtillverkning och driftskedet Varje del av framställningen delas sedan vidare in i fraktioner för att möjliggöra insättningen av en insats som resulterar i ett sänkt totalt koldioxidutsläpp.

I val av cementsort antas utsläppen ske från cementklinkertillverkningen och från energin som krävs för att värma kalcinerad lera. Utsläppen per ton av cementklinker finns tillgänglig på Cementas hemsida och kan anses trovärdig då den överensstämmer med utsläppen som redovisas av Naturvårdsverket. Utsläppen bestäms ha ett linjärt samband med temperaturen som krävs för att värma materialet till en användbar produkt. Utsläppen från uppvärmning av den kalcinerad leran är ca 50% av det som krävs för att värma cementklinkern det vill säga 20% av de totala utsläppen för tillverkning av cementklinker. När recept valts, vilket visar på andelen av de material som resulterar i koldioxidutsläpp, kan ett startvärde för respektive cementsort beräknas.

Med hjälp av tillgängliga värden från betongens tillverkningsprocess som ges av respektive EPD kan nu ett totalt koldioxidutsläpp beräknas. Koldioxidupptaget i betong beräknas till en procentuell andel utsläpp av använd portlandscementklinker i respektive cementsort. När koldioxidutsläpp och -upptag sammanställts fås ett totalt koldioxidutsläpp som kan hänvisas till en betong.

När ett totalvärde har bestämts kan reduceringen av koldioxid från de olika insatserna beräknas. Hur insatserna påverkar utsläppen anges av litteraturstudien och själva beräkningarna återfinns i resultatkapitlet.

Alla beräkningar görs med räknedosa och svaren förs direkt in i rapporten tillsammans med använd formel.

Denna metod har stora felfaktorer då den bland annat inte tar med i beräkningen de upptag och

utsläpp av koldioxid som sker av tillsatsmaterialen. EPD som använts bygger på LCA och kan

därmed i verkligheten variera något i värdarna av råvaruförsörjning, transport och tillverkning då

dessa påverkas av olika faktorer som varierar från projekt till projekt. Beräknade värden ska därför

tas mer som en fingervisning på vart problem finns och hur lösningar i form av redovisade insatser

kan göra skillnad.

3. Teoretisk referensram

Följande kapitel siktar till att beskriva betong och cement ingående för att ge nödvändig kunskap för vad det är som ger betongen dess olika egenskaper. Sedan beskrivs hur arbetet med att reducera koldioxidutsläppen i Sverige bedrivs.

3.1. Allmänna fakta om Betong

Betong är ett av de viktigaste byggnadsmaterialen. Den har god beständighet, formbarhet och hållfasthet. Betong används framförallt i bärande konstruktioner som stommaterial, där det finns påfrestningar av till exempel stora laster, fukt och nötningar. Exempel på där betong kan användas är vägar, broar, husgrunder, industrigolv och fasader. Betong innehåller inga utfasningsämnen eller andra ämnen klassade som farliga för människor hälsa eller miljö.

Till skillnad från materialen trä, stål, tegel och lättbetong så kommer betongen ofta levererad till arbetsplatsen i form av plastiskt tillstånd och ger då möjlighet att i stor grad påverka den slutliga produktens form och kvalitet.

Betongen är ett kompositmaterial bestående av ballast (sten, sand & grus), vatten och cement. I modern betong används även kemiska tillsatsmedel för att bland annat påverka färska betongens hårdnande och flytegenskaper. Under senare år har man också börjat använda tillsatsmaterial för att reducera betongens cementinnehåll, som har stor inverkan på miljön. En övergripande

beskrivning av betongens huvudbeståndsdelar följer nedan, (Burström, 2007 & AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017).

3.2. Ballast

Ballast är en generell gemensam benämning utav allt bergmaterial som används i betong. I benämningen inkluderas filler, sand, grus, och sten. Ballasten förekommer av typen makadam eller singel. Makadam är det dominerande ballastmaterialet och utvinns ur naturliga bergarter genom krossning. Singel är ett okrossat naturligt bergmaterial som utvinns ur grusstag eller rullstensåsar. Ballasten i vanlig betong utgörs av stenmaterial var kompaktdensitet är ca 2650 kg/m

, och volymandelen varierar mellan 65 och 75 procent, (Burström, 2007).

3.3. Vatten

Vatten som används till betongtillverkningen måste hålla viss kvalitet. En dålig vattenkvalitet kan

leda till försämring av betongens hållfasthet och beständighet. En regel som man utgår ifrån är att

allt naturligt vatten som är drickbart kan användas till betongtillverkningen. Havsvatten med höga

salthalt bör inte användas i betong, dock kan Östersjöns vatten användas för lättare betongarbeten

om cementhalten är tillräcklig alternativt vid oarmerade konstruktioner. I betong som erfordrar

hög hållfasthet som till exempel förspänd betong bör endast sötvatten användas, (Burström,

2007).

3.4. Cement

Cementklinker är ett hydrauliskt bindemedel vilket innebär att det hårdnar genom reaktion med vatten till en produkt som är vattenbeständigt. Cementklinker görs genom att kalksten bryts och mals till pulver och kisel tillsätts i form av sand som sedan förkalcineras vilket innebär att kalkstensmjölet, som består till största delen av kalciumkarbonat, uppdelas i kalciumoxid och koldioxid. Sedan värmer man materialet till 1450 grader i en roterande ugn vilket resulterar i små hårda kulor, klinker.

Klinkern mals och blandas med gips och andra tillsatsmaterial för att skapa olika cementsorter.

Enligt svensk standarden SS-EN 197–1 kan cementen indelas i flera olika cementtyper.

➢ CEM I - Portlandcement

➢ CEM II - Sammansatta portlandcement

➢ CEM III - Slaggcement

➢ CEM IV - Puzzolancement

➢ CEM V - Kompositcement 3.4.1. CEM I

Portlandcement är en finmald blandning av portlandklinker och gips. Portlandcement kan ofta innehålla upp till 5% mineraliska tillsatser, vanligast kalkstensfiller, (Burström, 2007).

3.4.2. CEM II

Sammansatt Portlandcement innehåller portlandklinker, gips och andra oorganiska beståndsdelar.

Blandningen innehåller minst 65% portlandklinker där resterande vanligast är masugnsslagg, flygaska och kalksten. Vidare CEM II delas upp efter de ingående oorganiska beståndsdelarna till bland annat Portland-slaggcement och Portland-Flygaskecement, (Burström, 2007).

3.4.3. CEM III

Slaggcement som består av max 64% klinker och den andra huvudkomponenten är masugnsslagg.

Genom att finmala materialet så kompenserar man den långsamma hållfastheten som sker i början av gjutningen. Här påverkar temperaturen starkt hydrationshastigheten. När man använder mer än 65% slagg får man en sulfatresistent cement, (Burström, 2007). Sulfater finns i olika jordar och vatten och kan reagera med aluminatkomponenten i Portlandcement som kan orsaka expansion och sprickor i hårdnade betong. En cement blir sulfatresistent när den innehåller en tillräckligt låg aluminathalt, (AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017).

3.4.4. CEM IV & CEM V

Dessa inkluderas i europeiska cementstandarden men används inte i Sverige. Puzzolancement innehåller 11% till 55% puzzolant material, denna går under CEM IV.

CEM V är en kompositcement bestående av masugnsslagg som kombineras med puzzolant material,

(AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017).

3.4.5. Vattencementtal

Blandning av vatten och cement kallas för cementpasta eller cementlim och utgör betongens bindemedel genom att binda ihop ballastkornen. Bindemedlets egenskaper bestäms av proportionen mellan vatten och cement och kallas för vattencementtal, förkortat till vct enligt,

𝑣𝑐𝑡 = ^𝑣

𝑐 där,

v är mängden blandningsvatten [kg], [kg/m

] eller [l/m

] c är mängden cement [kg] eller [kg/m

]

(Burström, 2007 & AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017).

3.5. Tillsatsmedel

Kemiska tillsatsmedel används för att förändra den färska betongens materialegenskaper och även anpassa hårdnande egenskaper för att möta specifika önskemål. Flyttillsatsmedel är ett av de vanligaste tillsatsmedel som används i modern betong och påverkar betongen konsistens och minskar vattenbehovet med ca 10–30 procent. Annat viktigt tillsatsmedel är luftporbildare som ger betongen små likformigt fördelade luftporer i betongblandningen för att öka frostresistensen i den hårda betongen. Det förekommer även acceleratorer som påskyndar betongens hållfasthetstillväxt, retarderande tillsatsmedel som fördröjer betongens tillstyvnande och flera andra, t.ex.

stabiliserande medel, fryspunktsnedsättande medel, superabsorberande polymerer, vattentätande medel, krympreducerande medel m.fl., (Burström, 2007 & AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017).

3.6. Tillsatsmaterial

Vid tillsättning av olika tillsatsmaterial uppstår en modifiering av bindemedels uppbyggnad.

Användning av större mängd tillsatsmaterial innebär större modifiering på pastan, därför byts det tidigare definierade vattencementtalet (vct) mot vattenbindemedelstal (vbt)

𝑣𝑏𝑡 = ^𝑣

𝑐+𝛽𝐷 där,

c är mängden cement [kg]

𝛽 är effektivitetsfaktor (0–1)

v är mängden blandningsvatten [kg]

D är mängden tillsatsmaterial [kg]

Tillsatsmaterialets reaktionshastighet brukar sättas till en effektivitetsfaktor som ligger mellan 0–1, (Burström, 2007).

Tillsatsmaterialen bidrar till att minska koldioxidutsläpp från betongen. Det kan också ge betongen vissa andra positiva beständighetsegenskaper som till exempel motverka temperatursprickbildningar. Vid betongtillverkning tillsätts materialen i ungefärlig följande mängd, uttryck i procent av mängden bindemedel enligt (Burström, 2007).

Silikastoft 3–10 %

Flygaska 5–30 %

Slagg 10–60 % (högre mängd kan tillsättas för sulfatbeständighet) 3.6.1. Silikastoft

Silikastoft är ett finkornigt pulver så kallad amorf (glasig kiseldioxid) som erhålls vid framställning av kiselmetall och ferrokisel som är legeringsämne till materialet stål. Silikastoft räknas som ett väldigt reaktivt puzzolant material och bidrar till betongen bland annat till förbättrad sammanhållning och stabilitet (Burström, 2007). Användning av materialet silikastoft ökar betongens vattenbehov vilket kan lösas genom att använda vattenreducerande tillsatsmedel eller flyttillsatser för att kunna utnyttja silikastoftets positiva effekt. Silikastoft används för att ersätta en del av cementet i betongen och brukar sättas till ca 4–10 % av cementvikten (Burström, 2007).

3.6.2. Flygaska

Flygaska är en biprodukt som erhålls vid framställning av el- och värmeproduktion i koleldade kraftverk. Vid kolkonsumtion i kraftverket är flygaskan den icke brännbara kolpartiklarna som blir kvar. Flygaska innehåller aluminium- och kiselföreningar som har puzzolana egenskaper. Det betyder att den reagerar kemisk med kalciumhydroxid och vatten, och därmed kan ersätta delar av cementklinker i bindemedlet och bidra till betongens långtidshållfasthet och beständighet. Flygaska är en ändlig resurs som är beroende på kolkonsumtionen, vilket kommer fasas ut inom en snar framtid (Burström, 2007 & AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017) Hög nivåer av flygaska visar på en betong med en försämrad förmåga att torka ut, (Ali & Lundberg, 2015).

3.6.3. Slagg

Vid tillverkning av järn bildas masugnsslagg/slagg som en restprodukt. Genom en snabb nedkylningen blir slaggen som glas som har en hög reaktivitet. Masugnsslagg är latent hydrauliskt, detta innebär att det är först efter en passande aktivering som det kan reagera med vatten och bilda hydrationsprodukter som ger hållfasthet. Hållfastheten i denna cement sjunker efter ett dygn i proportion till mängden slagg men hållfastheten efter några veckor är dock högre än cement utan slagg, (Burström, 2007).

3.7. Betong i produktion

I stort sett all betong som förbrukas kommersiellt produceras i betongfabriker där man blandar dess ingredienser. När det ingående materialet har blandats till en betongmassa vid fabrik transporteras det till platsen för gjutning. Transporten sker i allmänhet med en lastbil där betongen förvaras i en roterande behållare vilket är till för att betongen inte ska börja stelna och för att betongmassan ska blanda sig helt homogen lagom till arbetsplatsen. På plats pumpas betongmassan ur lastbilen till en förberedd form. När massan har placerats i formen ska den komprimeras och pressas med handhållna stavvibratorer. Vibreringen görs för att helt uppfylla formen och undvika uppkomsten av luftfickor. Vibreringen gör att betongens viskositet tillfälligt minskas och massan blir lättflytande. Betongmassan kommer att torka inom ett par timmar men helst bör betongens yta skyddas mot uttorkning inom några dygn genom att till exempel vattna på ytan. Betongens hårdnande eller härdning sker genom en kemisk reaktion som sker när man blandar cement med vatten. Om betongen torkas för snabbt försvåras denna reaktion och detta kan leda till att försämra betongens kvalitet. Värmeutvecklingen som sker i härdande betong måste även kontrolleras när man gjuter då det kan uppstå temperatursprickbilningar om temperaturskillnaderna blir för höga.

(Burström, 2007, & AB Svensk Byggtjänst & författarna, 2017)

3.8. Klimatpolitiken i Sverige

År 2018 hade Sverige ett totalt utsläpp på 51.8 miljoner ton koldioxidekvivalenter vilket enligt mätningar av Naturvårdsverket visar på en minskning av utsläpp med 27% sedan 1990 (Utsläpp av växthusgaser i Sverige, 2019). Växthusgaser rapporteras till FN:s klimatkonvention och EU- kommissionen. För att växthusgaser ska vara jämförbara multipliceras de med en global uppvärmningspotential (GWP). Exempelvis så har metan en faktor på 25, medan dikväveoxid har 298, och koldioxid har faktor 1, (Koldioxidekvivalenter, 2020). Miljöfrågan är idag global och det har slagits fast att människans påverkan ligger bakom merparten av ökningen. Ett av världens stora miljöproblem är de koldioxidutsläpp som bidrar till ökad mängd växthusgaser i atmosfären som i sin tur bidrar till växthuseffekten och gradvis höjer vår planets medeltemperatur. Ett förödande resultat av temperaturökningen kan vara de enorma mängder växthusgaser som kommer frigöras om permafrosten i bland annat Ryssland, Alaska, Grönland med flera smälter. Tinande permafrost kommer att öka utsläppen av metan, vilket är en kraftig växthusgas som accelererar temperaturökningen på kort sikt, (Sten Herbert, 2016). Det finns ett ramverk för att dra ner på Sveriges klimatpåverkan. Ramverket består av klimatlagen, klimatmålen och ett klimatpolitiskt råd.

3.8.1. Klimatlagen

Innehåller lagar med bestämmelser om regeringens klimatpolitiska arbete, vad arbetet ska involvera och hur det ska utföras. Regeringen ska arbeta med en politik som ska gynna det klimatpolitiska arbetet. Detta arbete ska utgå ifrån det långsiktiga och tidsatta mål som riksdagen har fastställt. För att säkerställa hur arbetet går ska regeringen även varje år i sin budgetproposition till riksdagen bifoga en klimatredovisning som bland annat visar hur utsläppsutvecklingen går samt en bedömning om det finns ytterligare behov av åtgärder. Vart fjärde år skall regeringen även ta fram en klimatpolitisk handlingsplan (Riksdagsförvaltningen, 2017).

3.8.2. Klimatmålen

Senast år 2045 ska Sverige inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser. Detta innebär att Sverige år 2045 ska ha sänkt utsläppen av växthusgaser med 85% av de utsläpp som gjordes år 1990.

Återstående 15% tillåts reduceras med kompletterande åtgärder såsom ett ökat upptag av skog och mark eller investeringar i förnybart i andra länder.

Utsläpp från inrikes transporter utöver de från flygplanen ska minskas med 70% senast år 2030, (Sveriges klimatmål och klimatpolitiska ramverk, 2019)

3.8.3. Klimatpolitiska rådet

Rådet har till uppgift att ge regeringen en oberoende utvärdering av hur deras politik förhåller sig

till klimatmålen som riksdagen och regeringen har beslutat, (Ingrid Bonde m.fl., 2019).

4. Litteraturstudie

Här följer litteraturstudien som ämnar att besvara delar av frågeställningen och visa på hur betongens koldioxid utsläpp kan reduceras.

4.1. Byggbranschen

Behovet av ny infrastruktur och bostäder ökar världen över. Boverket bedömer att det behöver byggas 600 000 nya bostäder och det tillkommer betydande satsningar på infrastrukturen fram till år 2025. Detta ställer krav på att konsumerat materials klimatpåverkan begränsas och att det som byggs är långsiktigt hållbart och klarar av framtidens klimatförändringar (Färdplan: Betongbranschen, 2017). Byggbranschen står inför stora förändringar och jobbar med att sänka sin klimatbelastning.

Bygg- och fastighetssektorn svarade 2017 för inhemska utsläpp av växthusgaser på cirka 12,2 miljoner ton koldioxidekvivalenter, vilket motsvarade 19 procent av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser, (Boverket, u.å.). Enligt statistik produceras i medeltal 5,5 miljoner kubikmeter betong för användning till byggnader och infrastruktur varje år. Det innebär ett utsläpp på ca 1 650 000 ton CO

/år vid användning av vanliga betongsorter som presenteras enligt Svensk Betongs EPD:er, (Svensk Betong, 2017).

4.1.1. Branschens målsättning

För att nå branschens målsättning om klimatneutral betong 2045 krävs ett långsikt arbete samt implementering av ny teknik och innovativa lösningar. Det är också viktigt att vidta åtgärder som ger kortsiktig inverkan på betongens koldioxidutsläpp. Det finns flera sätt att minska klimatpåverkan i produktionsskedet utan att äventyra byggnadens funktion och/- eller livslängd, (Svensk betong, 2017).

“Målen för att nå en klimatneutral värdekedja i bygg- och anläggningssektorn är för år:

• 2045: Netto nollutsläpp av växthusgaser.

• 2040: 75 % minskade utsläpp av växthusgaser (jmf 2015).

• 2030: 50 % minskade utsläpp av växthusgaser (jmf 2015).

• 2025: Utsläppen av växthusgaser visar en tydligt minskande trend.

• 2020–2022: Aktörer i bygg- och anläggningssektorn har kartlagt sina utsläpp och satt klimatmål.

Målen är satta utifrån 2015 års utsläppsnivåer och är i absoluta ton koldioxidekvivalenter.”

(Fossilfritt Sverige, Färdplan Bygg- och anläggningssektorn, 2018)

Att klimatoptimera betongen behöver inte vara svårt eller kostsamt. Det finns idag beprövade och

enkla metoder som kan användas för att reducera betongens miljöpåverkan. Det är viktigt att

beställare ställer krav på klimatpåverkan i tidiga skeden i byggprocessen, och utdelar incitament för

ytterligare reducering av utsläppet, (Johansson, intervju, 2020 & Färdplan, 2018). Enligt

betonginitiativets vision och målsättning skall klimatneutral betong finnas på arbetsmarknaden

senast 2030 och användas i hela byggbranschen i Sverige år 2045, (Färdplan, 2018). Bedömningen

av en klimatneutral betong bör vara utifrån ett livscykelanalysperspektiv på över 100 år.

Betongbranschen har en kortsiktig målsättning att vidare minska betongens utsläpp till 50% av vad den idag har inom de kommande 5 åren, (Svensk betong, 2017 & Färdplan, 2018).

4.1.2. Fossilfritt Sverige

Initiativet Fossilfritt Sverige har som uppgift att skynda på klimatomställningen i Sverige. Initiativet ska tjäna som en plattform för samverkan och dialog mellan olika aktörer som önskar att göra Sverige fossilfritt. Här samlas kunskap och klimatarbetet synliggörs, (Fossilfritt Sverige, 2020).

Initiativet har över 450 aktörer bland annat föreningen Svensk Betong, forskningsinstitutet RISE, Sveriges enda cementtillverkare Cementa och Sveriges tre största byggföretag Peab, Skanska och NCC, (Johanna Åfreds, 2019).

“Aktörer som deltar i initiativet delar uppfattningen om att världen måste bli fossilfri och att Sverige ska gå före i detta arbete. Genom deklarationen förbinder sig aktörerna också att kunna visa upp konkreta åtgärder för minskade utsläpp.”

(Fossilfritt Sverige, 2020).

4.1.3. Svensk Betong

Svenska betong är en branschorganisation för företag inom betongindustrin och dess medlemmar finns runt om landet och ger en sysselsättning i flera av landets regioner.

Verksamheter som via forskning, konsultarbete eller annan anslutning till verksamhetsområdet eller genom andra kommersiella kontakter med medlemsföretag kan anknytas till Svensk Betong.

Föreningen arbetar för en positiv syn på betong och betongprodukter samt allmänt betongbyggande.

Föreningen sammanställer också rapporter som redogör betongindustrins arbete om att minska betongens klimatpåverkan. Föreningen har tagit fram till exempel en rapport i 2017 som redovisar fakta om betongens klimatavtryck och branschens målsättning och visioner för framtida betong. I rapporten framgår till exempel sex olika klimatförbättrade betongsorter för husbyggnader och infrastruktur, (Svensk Betong, 2017).

4.1.4. Sveriges cementindustri

Cementa ingår i den internationella koncernen Heidelberg Cement. De tillverkar och marknadsför cement och som Sveriges enda cementtillverkare spelar de en stor roll i att utforma en klimatneutral betong, (Cementa, 2020).

Slitefabriken på Gotland tillverkar mest cement i Sverige och har en produktion där mald kalksten leds till en roterugn genom ett så kallat cyklontorn där det malda mjölet förkalcineras. I tornet leds den malda kalkstenen genom olika steg där det gradvis värms upp till 900℃. Kalcinering innebär att kalciumkarbonat som kalksten till största delen består av delas upp i kalciumoxid och koldioxid, (Cementa, 2020).

År 2018 bjöds Cementa in för att skriva en färdplan till Fossilfritt Sverige. Cementa har ett mål att

bli helt klimatneutralt till år 2030. Företaget har en nollvision för koldioxidutsläpp av cement under

betongprodukternas livscykel. Arbetet mot att sänka cementens koldioxidutsläpp ska åstadkommas

genom åtgärder och anpassning till alternativa drivmedel enligt Figur 3.1. Där räknar man bland

annat med tekniker som CCS/CCU för att kunna nå målet, (Färdplan cement för ett klimatneutralt betongbyggande, 2018 & Stripple med flera, 2005).

Figur 3.1: Nollvisionen för koldioxidutsläpp i svensk cementindustri, (Färdplan cement för ett klimatneutralt betongbyggande, 2018).

Merparten av cementtillverkningens koldioxidutsläpp kommer från tillverkningsprocessen där kalksten kalcineras och koldioxid frigörs. Resterande betydande utsläpp kommer från energiåtgången som uppstår när materialet ska värmas upp för att skapa cementklinkern. För cementindustrin är det därför viktigt att stödja utvecklingen och använda teknologier för koldioxidavskiljning från rökgaserna. Det gäller att finna långsiktiga lösningar för koldioxidlagring eller användning av koldioxid i andra industriella processer, (Betonghandbok Material, Del II, 2018).

I Norge drivs ett unikt projekt där 4 metoder för att avskilja koldioxid i cementtillverkningen har utvärderats. Testerna har givit goda erfarenheter och alla metoderna visar på ett bra resultat.

Metoderna har kommit olika långt i den kommersiella utvecklingen (Olje- og energidepartementet, 2016). Inom detta arbete har de kunnat visa att över 50% koldioxid kan avskiljas från rökgaserna genom att återanvända den spillvärmen som inte utnyttjas nu i Norcemfabriken. För att avskilja mer koldioxid krävs mer energi som behöver komma från fossilfria källor. I kombinationen med koldioxidavskiljning så ska cementproduktionen elektrifieras. Idag släpps det ut koldioxid i produktionen av de material som eldas för att värma ugnen till den höga temperaturen på 1450℃.

Projektet Cemzero mellan Cementa och Vattenfall har till syfte att ersätta själva uppvärmningen med ett elektriskt alternativ och hur fossilfri energi ska kunna försörja denna process, (Betonghandbok Material, Del II, 2018 & B. Wilhelmsson, intervjun, 17 april 2020).

“Förutsättningarna för en hel elektrifiering för framställning av cementklinker år 2045 är emellertid begränsade, men sannolikt kommer flera delsteg att vara elektrifierade vid denna tidpunkt.”

(Betonghandbok Material, Del II, 2018, s56)

4.1.5. Klimatanpassad cement

I Sverige tillverkas två typer av cement som säljs i bulk och marknadsförs för sin sänkta klimatpåverkan på miljön, Bascement: CEM II/A-V 52,5 N och Anläggningscement FA: CEMII /A- V42,5N–MH/LA/NSR, (Bygg & anläggningscement, u.å.).

4.2. Betongen ur ett LCA perspektiv

Med hjälp av LCA-metodik beräknas betongens klimatpåverkan, vilket visar att cirka 90 procent av de totala utsläppen av växthusgaser kommer från framtagningen av cementklinkers. Det resterande utsläppet kommer från ingående materialet och produktionsprocesser samt transporter, (Svensk Betong, 2017).

Masry och Fridh (2017) visar på (se Figur 3.2) ett exempel på när betong har hänvisats till att ha en stor bidragande faktor i mängden utsläppt koldioxid. I detta fall har man gjort en LCA på en vägbro i betong. Examensarbetet visade vidare i deras jämförelse att en vägbro i trä avger 63% av vad betongbron angav vilket motsvarar 65 423 kg koldioxidekvivalenter, (se Figur 3.3). I den studerade betong-vägbro användes standard anläggningsbetong som bygger på CEM I.

Figur 3.2: Staplar visar antal kg koldioxidekvivalenter som kan hänvisas till materialen som användes för att konstruera en träbro, (Masry och Fridh, 2017).

Figur 3.3: Staplar visar antal kg koldioxidekvivalenter som kan hänvisas till materialen som användes för att

konstruera en betongbro, (Masry och Fridh, 2017).

Något som inte räknas med i betongens EPD är dess förmåga att ta upp koldioxid genom en process som kallas karbonatisering och är en stor del i att dra ner på betongens totala klimatpåverkan. Studie visar på att betongen år 2011 tog upp 125kg CO

per producerat ton cement. Genom återvinning av krossad betong kan den upptagna koldioxiden förbli fångad i materialet. Krossmaterialet återanvändas som till exempel ballast och fyllnadsmaterial. Den krossade betongen kommer fortsätta att ta upp koldioxid från atmosfären i sin nya applicering, (Stripple m.fl., 2005 & Andersson m.fl., 2013).

Figur 3.4: Betongens livscykel, (Färdplan, 2017).

4.2.1. Råvara & Betong

Betongens största klimatpåverkan uppstår vid tillverkning av cementklinker som är råvaran i cement.

Cementproduktion leder till stora utsläpp av växthusgaser. Livscykelanalyser av betong visar att 90% av betongens koldioxidutsläpp kommer från framtagningen av cementklinker. Cementklinker framställs genom att kalksten och finmatlermaterial hettas upp till 1450 grader. Denna process kallas kalcinering och cirka 60% av cementklinkerns utsläpp sker här. Resterande 40 procenten är från uppvärmning av materialet. De resterande 10 procentiga koldioxidutsläppen av hela betongen kommer från bland annat transport, tillverkning av betong och betongprodukter samt andra ingående delmaterial, (Färdplan, 2017).

4.2.2. Produktion

Ett val som gjorts i några projekt med betongen är att minimera användningen av mängden cementklinker genom att ersätta det med flygaska eller slagg. Exempel på projekt där man har gjort detta i är Kungsbacka badhus där man med ersättning av slagg nått ett 30% lägre koldioxidavtryck, (Kungsbacka Badhus, u.å.). I Göteborg gör man en slitsmur med 45% lägre utsläpp, (Jonas Magnusson, 2020). Ett annat exempel är Brf Viva där man genom ett gediget samarbete med materialleverantörer, forskare med flera, redan tidigt av projekteringen kunde göra flera åtgärder för att sänka projektets klimatpåverkan, (Eva-Lotta Kurkinen m.fl., 2017).

I samband med Brf Viva planering togs en rapport fram som bland annat visade på skillnaden i

klimatpåverkan av olika stommaterial se Figur 3.5.

Figur 3.5: “En jämförelse mellan tre olika stommarnas klimatpåverkan under 100 år. Träalternativet är uppdelat i scenario 1 som utgår ifrån leverantörernas egna information (bästa fallet) och scenario 2 som utgår ifrån publicerad resultat och dokument (styrkt fall)”, (Eva-Lotta Kurkinen m.fl., 2017).

4.2.3. Transport

Transporten består av till exempel transportering av råvaror till fabriker, inom fabriker samt leveranser av betong eller betongvaror till byggarbetsplatser. I betongfabrikerna förbrukas det el, dels under processen, dels för uppvärmning. Med ingående övriga delmaterial avses ballast och dess framställning samt vatten, tillsatsmaterial och tillsatsmedel i betongen, (Svensk betong, 2017).

4.2.4. Återvinning

Betongens ingående delmaterial är råvaror som utvinns i naturen och består huvudsakligen av ballast och cementpasta. Det tillkommer också restprodukter från industriella processer i form av Flygaska, silikastoft, granulerad masugnsslagg som används som tillsatsmaterial i betong. Betong innehåller inte ämnen som är klassade farliga för människor och miljön vilket medför att det finns möjlighet att återvinna betongen till 100 procent, som till exempel fyllnadsmaterial, (Svensk betong, 2017).

4.3. Dagens klimatanpassade betong

Under senaste 20 åren har det pågått utvecklingsarbete för att sänka betongens CO

-utsläpp, vilket har resulterat i att det idag finns betong med en lägre klimatpåverkan, (Färdplan, 2018).

En stor del av betongens utveckling kan bindas till cementet. Cementindustrin har arbetat intensivt

med att reducera cementets koldioxidutsläpp genom att ersätta delar av cementet med restprodukter

från kolkraftverk och stålproduktion. Cementindustrin har även gjort ett omfattande arbete gällande

energieffektivisering och en delvis övergång till biobränsle vid tillverkningen av cementet. Utöver

det har betongindustrin fokuserad på att optimera betongsammansättningen och att använda

alternativa bindemedel, samt optimering av materialanvändningen och konstruktionens design,

(Svensk betong, 2017).

4.3.1. Anläggningsbetong

Betong som används i anläggningskonstruktioner utsätts ofta för aggressiva påfrestningar, och det ställs krav på att betongen ska kunna motstå angrepp av frost, salt och sulfat samt alkalikiselsyraangrepp. Det ställs krav framförallt på bindemedlets sammansättning, som begränsar mängden alternativa material som kan användas för att reducera mängden cement i betongen.

Anläggningsbetongens sammansättning regleras även av AMA Anläggning. Anläggningsbetongens sammansättning styrs dessutom av Trafikverket som den enskilt största beställaren av infrastrukturkonstruktioner, (Mikael Westerholm m.fl., 2020).

På grund av dessa krav och restriktioner har anläggningsbetong inte kommit lika långt som husbyggnadsbetong med utvecklingsarbeten inom miljöförbättring. Med dagens arbetsmetoder och tekniker är det möjligt att uppnå runt 20 procent klimatförbättrad anläggningsbetong, (Svensk betong, 2017). Trafikverket i samarbete med Cementa har tagit fram Anläggningscement FA som jämförelsevis med tidigare Anläggningscement har ett ca 20% reducerat utsläpp av koldioxid. I Bilaga 1 framgår det exempelvis vilka möjligheter som finns att klimatförbättra betong genom optimering av sammansättning och tillverkning idag, (Westerholm. M med flera, 2020 & Svenska betong, 2017).

4.3.2. Husbyggnadsbetong

Husbyggnadsbetongen har kommit längre i utvecklingen av klimatarbetet genom optimering av bindemedelssammansättning, där upptill 50 procent av cementklinker ersätts med en mix av tillsatsmaterial såsom granulerad masugnsslagg, silikastoft, flygaska och andra puzzolana material, (Svensk Betong, 2017 & Klimatförbättrad betong, u.å.). Det krävs även att det ställs höga krav på alla som är inblandade i värdekedjan och samverkan mellan beställare, konstruktörer, betongleverantörer och entreprenörer. Detta för att se till att betongens funktion och kvalitet inte äventyras, (Svensk betong, 2017).

En fallstudie som sammanfattar dagens husbyggnadsbetong är Riksbyggens projekt Brf Viva i Göteborg, som färdigställdes 2018, där man har lyckats med att minska betongens utsläpp med 30–

35 procent jämfört med en referensbetong, (Cementa och Brf Viva - klimatoptimerad betong för

hållbart samhällsbyggande, u.å.). Brf Viva är första projektet där beställaren redan vid

upphandlingen har ställt krav på betongen ur ett miljöperspektiv och även ställde krav på maximalt

tillåtet cementklinker, som resulterade i Vivabetong. Projektet har flera certifierade alternativa

bindemedel, som används i såväl platsgjuten som prefabricerad betong. Flera alternativa

miljöbetongsorter framgår i Bilaga 1, som visar miljöförbättrad betong i 3 olika steg. Steg 1 uppnås

med optimering av bindemedelsammansättning och steg 2 och 3 uppnås genom kravställning på de

involverade aktörerna som betongleverantörer och entreprenörer, (Svensk betong, 2017).

5. Analys och Resultat

Under detta kapitel sammanställs data och analyser enligt metoden som sammanfattar ett resultat och underlag som besvarar frågeställningen om en klimatneutral betong år 2045.

5.1. Analys

Här har analysen delats upp i rubriker efter moment där koldioxidreducerande insatser har identifierats.

➢ Koldioxidupptag i betong.

➢ Betongkonstruktioner

➢ CCS

➢ Elektrifiering av cementtillverkningen

➢ Optimering av cementrecept

➢ Kalcinerade leror

5.1.1. Koldioxidupptag i betong.

Koldioxidupptag sker genom karbonatiseringsprocessen som uppstår när koldioxid i luften regerar med kalciumoxid i bindemedeln och bildar kalciumkarbonat och vatten. Med andra ord kan det beskrivas kort med formeln: 𝐶𝑎(𝑂𝐻)

+ 𝐶𝑂

→ 𝐶𝑎𝐶𝑂

+ 𝐻

𝑂

”Det längre alternativet är

1. 𝐶𝑂

(𝑔) + 𝐻

𝑂 → 𝐻𝐶𝑂

+ 𝐻

Koldioxid i gasform måste först lösas upp i vatten för att karbonatjonerna kan reagera 2. 𝐻𝐶𝑂

→ 𝐶𝑂

+ 𝐻

Karbonatjonen (𝐶𝑂

) reagerar med fria 𝐶𝑎 joner 3. 𝐶𝑎

+ 𝐶𝑂

→ 𝐶𝑎𝐶𝑂

Detta leder till att 𝐶𝑎 koncentrationen sjunker vilket gör att kalciumhydroxiden i pastan löses upp 4. 𝐶𝑎(𝑂𝐻)

→ 𝐶𝑎

+ 2 𝑂𝐻

(2 𝑂𝐻− kan bilda vatten med de två fria 𝐻+ jonerna från steg 1 och 2) 5. 𝐶𝑎(𝑂𝐻)

+ 𝐶𝑂

→ 𝐶𝑎𝐶𝑂

”

(Andersson, 2016)

Att betong tar upp koldioxid genom karbonatisering är en viktig del för att betongen ska kunna bli klimatneutral då den kommer att ta upp ca 17% av de totala utsläppen från cementproduceringen i Sverige. Ca 300 000 ton av koldioxid tas upp från luften av Sveriges betongkonstruktioner varje år.

Framtida konstruktioner kommer att ha en sämre förmåga att ta upp koldioxid i luften på grund av att man helt enkelt ersätter delar av cementen med material som inte bidrar till processen i samma kapacitet. Men det kan även tilläggas att när man ersätter delar av cemetenklinkern i betongen så sänker man andelen koldioxidutsläpp som krävs för att producera betongen, (Andersson m.fl., 2013).

Man har i accelererade tester av koldioxidupptag i betong visat att inblandning av flygaska i betong kan ge ett ökat karbonatiserings djup och hastighet, (Andersson, 2016 & Bohlin & Snibb, 2016).

Genom att öka betongens exponeringsyta så kan man öka mängden koldioxid som först tas upp i betongen. En grov yta ger bättre upptag, (Andersson m.fl., 2013 & Andersson, 2016).

Ett exempel på att öka exponeringsytan på en betongdel där det även får ett arkitoniskt värde är samverkansprojekt mellan Skanska och Locum. Det har resulterat i den prisnominerade behandlingsbyggnaden Chopin i Huddinge, (Byggindustrin AB & Bonnier Business Media, 2020).

Figur 4.1: Christoffersson. A (2020), Bild på Behandlingsbyggnad för operation, intervention och röntgen i Huddinge och visar en fasad som är helt i betong med en vågformad siluett.

En annan lösning är att göra konstruktionen tunn men då blir dess applicering begränsad. Till

exempel en betongtakpanna som är tunn kan ta upp all den koldioxid som har avgetts från kalkstenen

vid dess cementtillverkning bara efter några år. Tittar man istället på en mer tät och kraftig

konstruktion av anläggningsbetong så tar den knappt upp någon koldioxid alls vilket man då bör ha

i åtanke när man dimensionerar betongkonstruktioner, (Andersson med flera, 2013). Genom att bli

bättre på att på att krossa betongen från använda konstruktioner och återanvända dessa antingen i

cementtillverkningen eller som ballast i så kan man kraftigt öka upptaget av koldioxid i betongen,

(Hökfors m.fl., 2016).

5.1.2. Betongkonstruktioner

Krav och incitament för betongkonstruktioner

I nuläget finns det inte lagkrav på att byggnader och infrastrukturen ska reglera och deklarera sin klimatpåverkan ur ett livscykelperspektiv. Det finns andra befintliga styrmedel som syftar att minska byggsektorns klimatavtryck, som består av till exempel marknadsmässiga incitament och bonusar samt poängsätta kriterier i miljöcertifieringssystem, (Svensk betong, u.å.). Det krävs att både offentliga- och privata sektorn ställer krav på miljöarbetet och att kravet förnyas kontinuerligt för att successivt minska konstruktionernas klimatpåverkan, (Svensk betong, 2017 & Färdplan, 2018).

Trafikverket har jobbat med att ställa klimatkrav leverantörerna sedan 2016.I alla offentliga projekt som Trafikverket genomför på över 50 miljoner, och som avslutas 2020 eller senare ställs det krav på klimatkalkyl i olika byggskeden. I dessa stora projekt ställs också krav på ytterligare klimatförbättringar i jämförelse med dagens utgångsläge. Johansson berättar också att Trafikverket arbetar med incitamentsavtal som är en belöning för leverantörer som uppnår högre klimatreducering än fastställda krav, (Håkan Johansson, 2020).

Sedan våren 2018 ställs även materialkrav på leverantörer och underleverantörer som utför projekt under 50 miljoner, samt alla underhållsentreprenader. Materialkravet gäller bland annat armeringsstål, konstruktionsstål, betong, cement och drivmedel. Det införs successivt klimatkrav på andra verksamheter som till exempel räls och sliprar till växlar, beläggningsunderhåll och baskontrakt för sommar- och vinterunderhåll av vägar, (Johansson, 2020 & 13). Trafikverket går ett ytterligare steg till och kräver även EPD som är tredjepartsgranskad och registrerad hos programoperatör, som ett sätt att verifiera det enskilda materialet. Undantag för verifiering kan göras för material med mer än 90 procent godkänd EPD och material som är framtagen med en förgranskad LCA-modell. Både varianterna kan appliceras på betongen med ett fåtal uppfyllda krav, (Svensk betong, 2017).

Trafikverket skall vara klimatneutral år 2045 och delmål sättas genom att bland annat ställa krav och

ge incitament redan i upphandlingen på materialleverantörer, entreprenader och konsulter. Här

nedan följer de målen som kommer att ställas på reduceringen av klimatpåverkan och vilka

incitament som kommer att erbjudas för respektive år. Detta ska bidra till en reducering av

klimatpåverkan från entreprenader på uppdrag av Trafikverket.