Milieu-impact van holle vloerelementen

Dat beton een volwaardig duurzaam alternatief is voor houtbouw bewijzen ze in Roeselare. Daar werd de houtstructuur van het toekomstige stadhuis getransformeerd naar een structuur uit prefab beton, zonder verlies van de ambitie om, met het beoogde BREEAM-duurzaamheidslabel ‘Excellent’, het meest duurzame stadhuis van Vlaanderen te worden. Logisch dus dat in een recente studie van de KU Leuven beton goed scoort.

In 2018 werd de TOTEM-interface gelanceerd waarmee de milieu-impact van gebouwen ingeschat kan worden. De KU Leuven heeft in 2020 op basis hiervan een vergelijkende LCA-studie uitgevoerd van een appartementsgebouw [1]. Drie constructietypes werden hierbij vergeleken: beton, staal en hout, alle met dezelfde functionele eisen. De draagvloeren in de betonnen variant bestaan uit voorgespannen holle vloerelementen, de dragende binnen- en buitenwanden zijn metselwerkwanden van holle betonblokken, de niet-dragende binnenwanden en de gevels bestaan uit metselstenen van gebakken aarde. Uit de studie blijkt dat de milieu-impact van de houten variant slechts +/- 5 % lager ligt dan deze van de betonnen variant. Dit resultaat moet wel enigszins genuanceerd worden.

Ten eerste is er de onnauwkeurigheidsmarge van de berekende milieu-impacten. De toegepaste TOTEM-versie maakt hoofdzakelijk gebruik van generieke milieugegevens. Deze zijn gebaseerd op algemene veronderstellingen en gemiddelde waarden waardoor het resultaat een zekere variabiliteit vertoont. Bovendien bevat de gebruikte database materiaalgegevens die sinds het begin van de jaren 2000 niet meer grondig herzien zijn en wordt de biogene koolstof van houtproducten verdeeld op basis van economische toewijzing. De economische gegevens, waarop deze toewijzingen worden gebaseerd, zijn verouderd, wat ook kan resulteren in foutieve milieu-impacten. Tot slot wordt er geen rekening gehouden met de opname en emissies van niet-verhandelbaar hout dat in het bos achterblijft en met de emissies van koolstof die in de bodem is opgeslagen [2].

Ten tweede is de veronderstelde gebouw­levensduur in TOTEM 60 jaar. De milieu-­impact kan verminderd worden door de levensduur van het gebouw te verlengen [1]. Indien rekening gehouden wordt met de werkelijke levensduurverwachting van de gebruikte materialen zal het verschil tussen de milieu-impact van de betonnen en houten variant kleiner worden. Om een lange levensduur te garanderen is naast een hoge kwaliteit en duurzaamheid ook een grote aanpasbaarheid van het gebouw belangrijk. Onmisbaar hierbij zijn voorgespannen holle vloerelementen. De analyse van Dr.-Ing. Christopher Kämereit [3] bewijst het positieve effect van aanpasbare modulaire ontwerpconcepten op de milieu-impacten. Voor de bestudeerde constructie bedraagt de uitstoot van broeikasgassen ongeveer 16 tot 27 % meer (afhankelijk van de graad van aanpasbaarheid) dan een conventionele constructie in ter plaatse gestort beton, maar deze extra ecologische lasten worden al afgeschreven met een levensduurverlenging van 8 tot 14 jaar. Voor een levensduur van 100 jaar wordt de uitstoot van broeikasgassen met 42 tot 36 % verminderd ten opzichte van een conventionele constructie in ter plaatse gestort beton met een levensduur van 50 jaar. Zelfs prefab betonconstructies met een levensduur van meer dan 100 jaar behoren tot de mogelijkheden [3].

Ten derde mogen de resultaten niet veralgemeend worden. Naast de gebruikte grondstoffen en de bouwlocatie hebben ook de structuur en morfologie van een gebouw een grote invloed op de uitkomst van LCA-berekeningen. Zo wijzen de auteurs van de TOTEM-studie [1] op een hogere impact van de houten variant als de draagstructuur van het appartementsgebouw bestaat uit balken en kolommen. Een Noorse studie [4], waarbij de bouwfase van een prefab betonnen constructie van een kantoorgebouw van 4, 8 en 16 verdiepingen vergeleken werd met deze van een houten constructie met dezelfde functionele eisen, toont aan dat vanaf 8 verdiepingen de prefab betonconstructie met een geoptimaliseerde betonsamenstelling een kleinere uitstoot van broeikasgassen heeft dan de houten constructie.

Ten vierde wordt module D (hergebruik en recyclage) van de levens­cyclusanalyses genegeerd in TOTEM. Nochtans kan de milieu-impact van een gebouw verminderd worden door ervoor te zorgen dat producten aan het einde van hun levensduur uit het gebouw kunnen worden gehaald om te worden hergebruikt of gerecycleerd [1]. Deskundigen verwachten een toename van de wereldwijde bouwactiviteiten tot 70 % en sterk stijgende grondstofprijzen. Naast ecologisch is het dus ook economisch interessant om demonteerbare gebouwen te ontwikkelen. Het is technisch haalbaar om holle vloerelementen te demonteren en opnieuw te gebruiken. Het Circle House in Denemarken, het ReDeMaM-project op de TU Dresden en de woontoren ‘Moringa’ in Hamburg zijn enkele voorbeelden [5]. In Nederland werd in 2015 de Tijdelijke Rechtbank Amsterdam gebouwd die ondertussen al terug gedemonteerd werd tot bouwdelen die een nieuwe bestemming krijgen in Enschede. In Oslo, Noorwegen werden zelfs de holle vloerelementen uit een oud overheidsgebouw gehaald en opnieuw gebruikt in twee bouw­projecten. Het zal niet lang meer duren vooraleer in België ook zulke projecten worden gerealiseerd. Als hergebruik onmogelijk is, komen we bij de laatste optie in een circulaire bouwsector, namelijk recycleren. Beton kan steeds opnieuw 100 % gerecycleerd worden. Het grootste deel wordt gebruikt in wegfunderingen, een klein deel als toeslagmateriaal in beton. Door velen wordt de toepassing in een fundering onterecht als laagwaardig gezien, nochtans is ze gelijkwaardig aan de toepassing in nieuw beton. In beide gevallen worden namelijk vergelijkbare primaire grondstoffen vervangen [6]. Recent werd voor het ZIN-project in Brussel 30.000 ton puin, afkomstig van de bestaande gebouwen, gesorteerd en gebroken tot 3.500 ton betongranulaat dat o.a. gebruikt werd voor de productie van nieuw prefab beton [7].

Ten vijfde houdt TOTEM geen rekening met de thermische inertie van het gebouw. Toch is dit een belangrijk kenmerk dat de energieprestatie van een gebouw beïnvloedt. Toekomstige updates van TOTEM zullen het operatio­nele energiegebruik voor verwarming en koeling nauwkeuriger kwantificeren, zodat het nut van thermische inertie correct in rekening wordt gebracht [1]. Dit speelt in het voordeel van beton, waardoor de milieu-impact nog verder gereduceerd kan worden.

Ten zesde en ten laatste is er geen consensus over hoe de biogene koolstof van houtproducten moet worden gemodelleerd in de levenscyclusanalyse. Het is nochtans noodzakelijk dat de berekeningen van de uitstoot van de broeikasgassen op een transparante en vergelijkbare manier worden uitgevoerd om misleidende informatie te voorkomen. Traditionele LCA-benaderingen houden geen rekening met het effect van de timing van de koolstofemissies en de invloed van de rotatieperioden van de groei van de biomassa. Met name houtproducten hebben een lange rotatieperiode als gevolg van de langzame groei, zodat ze in een korte tijdsperiode niet als koolstofneutraal kunnen worden beschouwd. Hoe langer de rotatie­periode, hoe langer CO2 verblijft in de atmosfeer en dus hoe hoger de biogene GWP-score (Global Warming Potential). Een casestudy toont aan dat de GWP-score van het gebouw 29 % hoger is wanneer wel rekening gehouden wordt met deze tijdsaspecten [8].

Ontwerpers spelen een cruciale rol in de transitie naar een circulaire bouwsector. Naast een levensduurverlenging en het voorzien van de mogelijkheid tot hergebruik kunnen ze ook focussen op materiaalefficiëntie [9]. Sven Wünschmann heeft in zijn proefschrift de milieueffecten van verschillende vloersystemen van een kantoorgebouw geëvalueerd [10]. Uit de resultaten blijkt dat voorgespannen holle vloerelementen, in plaats van een vlakke plaatvloer in ter plaatse gestort beton, de uitstoot van broeikasgassen met ongeveer 12 % kan verminderen. Maar ze presteren ook beter op vlak van alle andere onderzochte en niet minder belangrijke milieu-indicatoren. De emissie met betrekking tot ODP (aantasting ozonlaag) is ongeveer 33 % lager ten opzichte van de ter plaatse gestorte vloer. Voor EP (verrijking van nutriënten in bodem en water) is de uitstoot ongeveer 15 % lager. In het onderzoek werd ook het verbruik van staal en beton geanalyseerd. Het industriële productieproces van voorgespannen holle vloerelementen vermindert het betonverbruik met ongeveer 54 % en het staalverbruik met ongeveer 86 % ten opzichte van de ter plaatse gestorte vloer [10].

Bovenstaande argumenten tonen aan dat prefab beton een belangrijke rol speelt in de realisatie van duurzame gebouwen. Bovendien zullen de inspanningen van de cement- en betonindustrie, op vlak van grondstoffengebruik en energie-efficiëntie, de totale milieu-impact van beton nog verder doen dalen [11]. Ondertussen werden ook de eerste stappen naar het gebruik van alternatieve bindmiddelen in beton gezet [12]. Een verdere verduurzaming van de betonsector is meer dan ooit realistisch. Prefab beton lijkt daarbij bijzonder veel troeven in handen te hebben. (BHE)

Referenties:
[1] Study on the environmental impact of concrete and cement based products applied in buildings – evaluation with TOTEM – update 2020, KU Leuven for FEBELCEM (2020)
[2] Carbon Accounting for Building Materials-An assessment of Global Warming Potential of biobased construction products, LBPSIGHT, version 03, June 8th, 2022
[3] Prinzipien des nachhaltigen Konstruierens bei Geschossbauten, auf Grundlage der Dissertation von Dr.-Ing. Christopher Kämereit (2019), Bundesverband Spannbeton-Fertigdecken
[4] Anne Rønning et al., Greenhouse gas accounting of wooden and concrete structures, 2019, OR-26-19
[5] Kreislaufwirtschaft in der Baubranche, Bundesverband Spannbeton-Fertigdecken
[6] Kan beton nog circulairder?, Cement, 2018/4
[7] https://www.ergon.be/nl/project/zin-project/
[8] Hoxha E. et al., Biogenic carbon in buildings: a critical overview of LCA methods, Building and Cities, 2020
[9] Decarbonisation Pathways for the Australian Cement and Concrete Sector, 2021
[10] Sven Wünschmann, Gebäudestrukturen und deren Einfluss auf die ökologische Lebenszyklusqualität, HafenCity Universität Hamburg, 2018
[11] Cementing the European Green Deal, Reaching climate neutrality along the cement and concrete value chain by 2050, CEMBUREAU
[12] Het Gentse duurzaamheidsrapport 2022 – focus op Prosperity, Stad Gent