Biocrete - Karbonfangst og -lagring ved bruk av biokull i betong

Tallene fra LCA-analysen gjennomført av Accend viser at lagringspotensialet er noe lavere enn tidligere antatt. Biokullet har brutto lagringspotensial på 3,275 tonn CO2 per tonn biokull. Avviket fra tidligere antakelser, der det har blitt konkludert med brutto lagringspotensial på henholdsvis 3,45 og 3,49 tonn CO2, skyldes hovedsakelig en liten forskjell i biokullets karboninnhold og en sikkerhetsfaktor på 2,5 % som ble brukt i analysen. Med dette lagringspotensialet vil det likevel være mulig å kompensere for utslipp knyttet til produksjon av betongen. For å dokumentere karbonlagringen ønsket aktørene i prosjektgruppa å få en EPD på Biocrete som inkluderte lagringseffekten og dermed sørger for at betongen, avhengig av mye biokull som tilsettes, vil nærme seg karbonnøytral, eller til og med karbonnegativ. Det foreløpige svaret fra EPD Norge er at de ikke vil etterkomme aktørenes ønske. De begrunner dette med at prinsippet for å lage en EPD for betong tar utgangspunkt i summen av alle delkomponenter og bidrag fra produksjon. Hvis biokull skulle ha blitt regnet inn på denne måten måtte man ha hatt en EPD for biokullet med negativ verdi, noe som ikke lar seg gjøre med dagens regneregler og standarder for EPD. Den midlertidige løsningen, som presenteres i oppgaven, er en kombinasjon av to dokumenter i det totale klimagassregnskapet. En EPD for betongen kombinert med en LCA-analyse for biokullet lar utførende part dra nytte av karbonlagringen i form av at den negative GWP-verdien fra biokullet kompenserer for den positive GWP-verdien fra betongproduksjonen. Til tross for at den midlertidige løsningen kan gi ønsket effekt i det totale klimagassregnskapet, er den ikke optimal, en EPD som inkluderer lagringseffekten er fremdeles å foretrekke. EPD-standardene skal revideres i 2024, og med CCS som en høyaktuell, raskt voksende teknologi, er det svært sannsynlig at det kan komme endringer som tillater at karbonlagring snart kan regnes med negativ verdi. Gjennom våren ble det gjennomført flere laboratorieforsøk for å kartlegge den nye betongens struktur og fukttekniske egenskaper. Resultater fra forsøk på vannabsorpsjonsevnen til biokullet viste at vannabsorpsjonstallet ligger på rundt 150 % og partikkeldensiteten på ca. 475 kg/m^3. Selv om disse resultatene stemmer bra med funn gjort i oppgaven, kan det være forskjell på ulike produksjoner av biokull. Dette som følge av mulige variasjoner i råstoff og pyrolyseringsprosessen. Ulik nedmaling kan også gi utslag. Det vil derfor bli viktig at produsentene med tid kan levere nøyaktige data for biokullet slik at betongreseptene blir best mulig. Fra vannabsorpsjonsforsøket gikk det også frem at initielt fuktnivå i biokullet ikke påvirket støpeligheten nevneverdig. Resultatet gir en god indikasjon på at vannabsorpsjonen til biokullet foregår spontant og at det derfor er uviktig om fuktigheten allerede befinner seg i biokullet eller tilsettes ved blanding. Det viste seg dog at forfukting kan ha positiv innvirkning på trykkfastheten. Resultater fra innledende uttørkingsforsøk impliserte veldig lang uttørkingstid, og at den store restfuktigheten i betongen kunne by på problemer i flere av byggets faser. Det ble videre utført RF-målinger som viste at RF i betongen var vesentlig lavere enn forventet med gjennomsnittlig RF midt i prøvestykkene på ca. 75 %. Resultatene ga tro på at biokull har veldig fin porøsitet og følgelig bidro til at betong med biokull var en tett betong som tørket ut svært langsomt. Antagelsene om en tett betong ble bekreftet gjennom kapillærabsorpsjonsforsøk gjennomført av SINTEFs avdeling på Gløshaugen. Gjennomsnittlig motstandstall for Biocrete med 60 kg biokull per m^3 betong og proporsjonert masseforhold på 0,4 var 1,05E+08 s/m^2 og er i samme område som en ordinær konstruksjonsbetong med tilsvarende masseforhold. Det ser med andre ord ikke ut til at biokullet påvirker transporthastigheten og må følgelig, som antatt, ha veldig fin porøsitet. Sementforbruket til en Biocrete i fasthetsklasse B30 er noe lavere enn en ordinærbetong med tilsvarende fasthet som følge av at biokullet er en veldig god filler. I tillegg til dette bidrar biokullet til å senke masseforholdet til 0,4, sammenlignet med en vanlig B30 som typisk har masseforhold 0,54. Dermed er Biocrete en vesentlig tettere og mer bestandig betong enn normalbetong i tilsvarende fasthetsklasser. Biocrete, som tidligere har vært tiltenkt innendørs bruk, ser dermed ut til å være en svært bestandig betong som også kan brukes utendørs og i utsatte miljøer. Kapasiteten til Biocrete ble testet hos Con-Form og Betong Øst på Orkanger. Det ble støpt ut to dekker, ett med biocretepåstøp og ett med normalbetong for å sammenligne kapasiteten til de to. Laboratorieforsøk utført av SINTEF på de to dekkene resulterte i en trykkfasthet på 30,9 MPa og en E-modul på 24 GPa for Biocrete. Til sammenligning lå normalbetongens trykkfasthet på 36,9 MPa og E-modulen på 31,3 GPa. Momentkapasiteten ble undersøkt ved å plassere en punktlast midt på de fritt opplagte dekkene. På grunn av lavere trykkfasthet og E-modul hadde dekket med Biocrete litt større nedbøying underveis og gikk til brudd noe tidligere enn normalbetongdekket. Det var som forventet og et godt resultat siden forskjellen mellom dekkene ikke oversteg forventet verdi. Momentkapasiteten ble i tillegg teoretisk beregnet ved hjelp av Eurokode 2 for å undersøke om standarder for normalbetong kan overføres til Biocrete. Biocretedekket hadde en kapasitet fra forsøk som var godt over beregnet kapasitet. Et forholdstall på 1,22 mellom MEd/MRd for dekket er dog litt mindre enn forholdstallet for normalbetongen som var på 1,32. På grunn av dette kan det være nødvendig med en korreksjonsfaktor for å oppnå samme sikkerhetsmargin som normalbetongen dersom man bruker eksisterende standarder for Biocrete. Videre ble et enkelt heftforsøk på sylinderprøver fra dekkene med biocretepåstøp også gjennomført. Her kom det frem at heftstyrken mellom Biocrete og normalbetong var større en strekkfastheten til Biocrete med 60 kg biokull per m^3. En strekkfasthet på 2,05 MPa for Biocrete er 6,6 % av trykkfastheten, noe som er ganske lavt sammenlignet med korresponderende prosentandel for vanlig betong. En konstruksjonsanalyse av veggelementer med Biocrete ble gjort ved å konstruere et M-N diagram for en standard Con-Form skallvegg. I analysen ble det brukt Biocrete med 60 kg/m^3 biokull i vangene og 90 kg/m^3 i senter. Trykkfastheten til de to biocreteblandingene ble testet i laboratoriet av fjorårets masterstudenter til 37,65 MPa for vangebetongen og 22,5 MPa for senterbetongen. M-N diagrammet viste at en skallvegg med Biocrete vil ha lavere kapasitet enn minimumskravet til Con-Form som ligger på B30 kvalitet i både senter og vangene. Det vil altså si at Biocrete med 90 kg/m^3 biokull ikke oppfyller kravet til Con-Form på minimum B30 kvalitet, mens Biocrete med 60 kg/m^3 biokull vil ligge akkurat innenfor grensa. Minimumskravet til Con-Form er veldig konservativt, spesielt for innvendige boligvegger. Det vil derfor være mulig å senke kravet for trykkfasthet til senterbetongen for å tillate større mengder biokull og dermed kunne lagre mer karbon