Analys av hållbara byggmaterial – möjligheter och utmaningar

Sweden has as the first welfare state signed the petition of having net zero GHG emissions 2045. The construction industry is a large contributor to Sweden’s current GHG emissions and an action plan signed by several construction companies, including Veidekke, has stated several partial goals and one end goal of a construction industry with net zero emissions 2045. At the same time the demand of new residential houses is high. The choice of material affects the GHG emissions during the entire lifetime, making it a key parameter when planning a construction. 80 % of the emissions during a construction origin from the production of the materials used. The R&D intensity in the construction industry is low and the sector is ruled by a high level of competition and low margins. This thesis aimed to investigate more sustainable building materials for bearing parts of multifamily houses, how they compare with conventional materials and challenges facing them. The materials investigated was compared to a reference wall with KPI:s from one construction made by Veidekke. The GHG emission from the reference wall was calculated to be 107 kg CO2-eq/m2wall. The materials were evaluated with the method of Industrial Dynamics to investigate salient and reverse salient properties, lock-ins and important stakeholders. The materials investigated were Cross-laminated timber (CLT) and different types of sustainable concretes. Creating timber concrete hybrids were also explored. CLT currently has a small market share but is a promising material with several beneficial properties. The current development of more sustainable concrete resulted in the investigation of Recycled Aggregates Concrete, Alkali Activated Concrete and the Eco-concrete with reduced amount of cement in favor for limestone powder. A second step was to explore the social and economic challenges for integrating new building materials into the construction industry. As the industry is heavily project based, the timeframe and lack of budget to explore new options acts as barrier. The processes also tend to be repetitive. As of now the industry has made itself path dependent to concrete in a large extent. However, the social acceptance towards CLT is rising and making sustainability a strategic business goal is becoming more important to appeal to the customers. Interviews at Veidekke showed the rising interest of mixing timber and concrete, but also the difficulties of pushing development forward in the industry. The materials and their KPI:s resulted in the further investigation of CLT and Eco-concrete. By stating the salient and reverse salient properties of the materials further analysis could be done. CLT showed the greatest reduction of GHG emissions due to the embodied carbon resulting in a negative GHG emission of -66.2 kg CO2-eq/m2wall. In addition to this the construction time and several other beneficial properties were found. The reduction of GHG emissions of the Eco-concrete is great too, about 50 % comparing with the concrete used in the reference wall. As a concrete the Eco-concrete should also face less barriers as the industry is familiar with the product. Further analysis with tools from industrial dynamics showed the importance of creating incitements for developing the knowledge of a sustainable construction industry. Results also showed that new networks between the manufactures and the building sector is of essence to find and use new materials. Timber and concrete industries have the main responsibility of developing new and more sustainable products. The building sector also have a responsibility of choosing sustainable options. Advocating a diversity of solutions will create a more robust and resilient industry with fewer lock-ins and path dependencies occurring today. The key stakeholders identified from stakeholder mapping was the business developers, the department of purchase, the timber and concrete industry and lastly the customers. Business developers need to pursue projects with clear and tough goals of sustainability. This will increase the chance of succeeding. The department of purchase need to have incitements for mapping sustainable materials and the ability to explore new subcontractors. The results of the analysis show that not a single innovation will solve the goal of having a construction industry with net zero emissions 2045. The key innovation opportunities for CLT is to develop a standardization and modularization comparable with the concrete industry. Improving the fire safety of CLT is also of essence and the development of fire proofing plasterboards and insulation could be a solution. Further research on modified design mixing and the usage of pozzolanic materials like limestone in concrete is also an important way forward. Constructing timber concrete hybrids have also raised great potential both in the literature, analysis and from the interviews to simplify the integration of timber into the market.Sverige har som första välfärdsland skrivit under avtalet om att ha netto-noll utsläpp av växthusgaser 2045. Byggsektorn bidrar till en betydande del av Sveriges nuvarande utsläpp. En färdplan utformad och godkänd av flera byggbolag, däribland Veidekke, innehåller flera delmål och det slutgiltiga målet av en byggsektor med netto-noll utsläpp 2045. Samtidigt är behovet av nya bostäder stort. Valet av byggmaterial påverkar utsläppet från en byggnad under hela livstiden vilket gör det till en nyckelparameter vid planeringen av en nybyggnation. 80 % av utsläppen under konstruktionsfasen har sitt ursprung från tillverkningen av byggnadsmaterialen. Samtidigt är forsknings- och utvecklingsintensiteten i byggsektorn låg, marginalerna små och konkurrensen hög. Denna rapport hade avsikt att undersöka mer hållbara byggmaterial för de bärande delarna av flervåningshus, hur de mäter sig med konventionella material samt utmaningar som möter dem. Undersökta material jämfördes med en referensvägg från ett av Veidekkes byggen med hjälp av nyckeltal. Denna referensvägg beräknades att ha ett CO2-utsläpp på 107 kg CO2e/m2vägg. Med hjälp av metodik från industriell dynamik kunde sen materialen utvärderas baserat på deras egenskaper, flaskhalsar i byggsektorn undersökas samt viktiga parter för att implementera nya material analyseras. Material som undersöktes var korslimmat trä samt olika typer av miljövänlig betong. Möjligheterna till hybrider av betong och trä inspekterades också. Korslimmat trä har i nuläget en liten marknadsandel men är ett lovande material med flera positiva egenskaper. Forskning kring mer miljövänlig betong förde analysen till att undersöka återvunnen betong, alkaliaktiverad betong och en Eko-betong med lägre andel cement till fördel av kalksten. Efter detta undersöktes sociala och ekonomiska barriärer för att integrera mer hållbara material i byggsektorn. Då byggsektorn till stor del är projektbaserad, med begränsad tid och budget, försvåras integrationen av nya material. Processerna i projekten tenderar också att bli repetitiva med låg nivå av återkoppling. Som sektorn är utformad idag är den till stor del beroende av betong. Däremot ökar ständigt den sociala acceptansen kring korslimmat trä och analysen visade vikt vid att transformera hållbarhet till ett strategiskt affärsmål för att behaga kunder med ökande miljömål. Intervjuer genomförda på Veidekke visade det ökande intresset av hybrider av trä och betong, men också svårigheterna i att driva utveckling framåt i byggsektorn. Analys av materialen och deras nyckeltal resulterade i en vidare analys av korslimmat trä samt Eko-betongen. Korslimmat trä gav den största reduktionen av växthusgaser. En yttervägg producerad i korslimmat trä beräknades till att ha ett negativt utsläpp på -66.2 CO2e/m2vägg. Förutom detta påvisades flera positiva egenskaper för materialet gällande konstruktionstid, livstid och tekniska egenskaper. Reduktionen av CO2-utsläpp från Eko-betongen var också god, drygt 50 % mindre jämfört med den betong som användes i referensväggen. Eftersom Eko-betongen är just en betongvariant bör den möta färre barriärer än korslimmat trä då hela värdekedjan i byggsektorn är bekant med betong, dess egenskaper och möjligheter. Vidare analys med hjälp av industriell dynamik påvisade behovet av incitament för att utveckla kunskap kring vad hållbart byggande är samt behovet av att utveckla nya nätverk mellan tillverkare och beställare för att hitta och använda nya material i processen. Timmer- och betongindustrier har det största ansvaret att utveckla nya och mer hållbara material. Samtidigt läggs stor vikt på byggsektorn att välja mer hållbara material. Att förespråka en byggsektor med en mångfald av lösningar kommer att utveckla en mer robust och anpassningsbar miljö med färre flaskhalsar än idag. Nyckelparterna för integrationen är affärsutvecklare, inköpare, trä- och betongindustrierna samt kunderna. Affärsutvecklare måste bedriva projekt med klara och höga miljömål för att öka chansen att lyckas. Inköpare behöver incitament för att kartlägga hållbara material och få utrymme att undersöka nya underleverantörer. Resultatet av analysen visar att ingen enskild innovation kommer kunna lösa problematiken och uppnå en byggsektor med netto-noll utsläpp 2045. Nyckelmöjligheterna för korslimmat trä är att utveckla en standard och modularisering gällande produkten. Förbättra brandskyddet för korslimmat trä är också av hög prioritet och där kan utvecklingen av brandskyddande gipsskivor och isolering vara en lösning. Vidare forskning på modifierad blandning av betong och egenskaper för puzzolana material är också en viktig del framåt. Byggnation av hybrider i trä och betong har också visat stor potential både i litteraturstudien, analysen och från intervjuer på Veidekke. Detta ses som en god möjlighet för att förenkla integrationen av trä till byggsektorn