ZIJN BOMEN HET NIEUWE BAKSTEEN EN BETON? - Over de milieu-impact van gebouwstructuren.

Van de recente Park & Ride Antwerp, over de appartementsblokken die rijzen langs de nieuwe dokken in Gent, tot het hoogste houten kantoorgebouw in Brussel, steeds meer hertekenen houten structuren het straatbeeld. Het ecologische karakter van dit hernieuwbare materiaal is hierbij een doorslaggevende factor in een poging om de milieu-impact van de bouwsector te reduceren. De vervuilende staal- en betonindustrie zorgen er nu immers voor dat de bouwsector verantwoordelijk is voor meer dan een derde van de energievraag en CO2-uitstoot op Europees niveau. Maar is bouwen met hout wel degelijk de geknipte oplossing om de bouwsector te vergroenen? In haar thesis ‘Vergelijkende levenscyclusanalyse van beton, staal, hout en metselwerk vloer-draagstructuurcombinaties in middelhoge gebouwen’ deed Esther Claeys hier onderzoek naar.

Van financiële naar ecologische motieven

Aangezien draagstructuren van gebouwen verantwoordelijk zijn voor het grootste materiaalverbruik, vertegenwoordigen ze een belangrijk aandeel in de milieu-impact van de bouwsector. Levenscyclusanalyse (LCA), een methode om de milieu-impact van materialen of gebouwcomponenten over hun volledige levensduur te berekenen, wordt daarom steeds vaker toegepast om de milieu-impact van deze draagstructuren in kaart te brengen. Waar in het verleden financiële overwegingen primeerden, stijgt het belang van de milieu-impact vandaag als drijfveer in de zoektocht naar een geschikt structureel ontwerp.

LCA van draagstructuren

M.b.v. LCA kan aan elk structureel ontwerp een milieuscore toegekend worden o.b.v. het materiaalverbruik, transport, energiegebruik ... en kunnen verschillende structurele oplossingen en bijhorende materialen met elkaar vergeleken worden. Hierbij worden drie levensfasen in rekening gebracht: productie- en constructiefase, gebruiksfase en eindelevensfase. Gebruikmakend van milieu-impactindicatoren wordt aan elke fase een milieu-impact toegekend.

Het CO2-equivalent is in de literatuur een van de meest-gebruikte eenheden om deze milieu-impact te kwantificeren, maar daarom niet steeds de meest accurate. Een andere, en mogelijks betere optie is de ‘single score milieu-impact’ die een gewogen gemiddelde weergeeft van verschillende indicatoren. Zo kunnen bijvoorbeeld ook land- en watergebruik of impact op de menselijke gezondheid in rekening worden gebracht. Deze bredere interpretatie van het concept ‘milieu-impact’ is van belang bij het vergelijken van verschillende basismaterialen zoals staal, beton en hout. Deze materialen beïnvloeden het milieu immers elk op hun manier.

Materiaalkeuze in draagstructuren

De typische draagstructuur van een gebouw is opgebouwd uit horizontale elementen, de vloeren, en verticale elementen, balken en kolommen of dragende muren. Voor de vloeren wordt in België overwegend beton gebruikt bv. holle betonnen welfsels of ter plaatse gestorte betonvloeren. Op basis van dit thesisonderzoek blijkt dat de single score milieu-impact van laatstgenoemde vloeren merkelijk hoger is dan deze van CLT (cross-laminated timber) of CLT-betonvloeren met een vergelijkbaar draagvermogen. Hierbij is de milieu-impact recht evenredig met het gewicht van de vloeren waardoor lichtere houten vloeren dus beter scoren. De milieu-impact van deze componenten is voor meer dan 80% toegeschreven aan het productieproces en materiaalverbruik. Dit benadrukt het belang van de juiste materiaalkeuze.

Voor de verticale structurele elementen zijn de voornaamste materialen in België gewapend beton, staal, glulam (glued laminated timber) en kalkzandsteen. Staal is steeds het meest milieubelastende materiaal. Voor de overige materialen is het verschil veel kleiner wat het moeilijk maakt om een algemene conclusie te trekken. Afhankelijk van het type invulling van het gebouw kan de voorkeur uitgaan naar een bepaald materiaal. Een open kantoorruimte met grote overspanningen verkrijgt een lagere milieu-impact bij gebruik van een gewapend beton of glulam frame. Terwijl het voor een appartementsgebouw met kleinere wooneenheden en meer scheidingswanden interessanter is om kalkzandsteenwanden te gebruiken.

Materiaalefficiëntie

Naast de materiaalkeuze is ook de materiaalefficiëntie die gepaard gaat met een structureel ontwerp een doorslaggevende factor voor de milieu-impact. Holle betonwelfsels zijn hier een goed voorbeeld. Deze vloerelementen worden voorgespannen en bevatten holle ruimtes op de locaties waar zich in een massieve plaat nodeloos materiaal bevindt, wat aanleiding geeft tot minder materiaalverbruik bij grote overspanningen. Dit resulteert in vloerelementen met een lagere milieu-impact dan houten vloeren. CLT-vloeren bijvoorbeeld, zijn hier minder geschikt aangezien het materiaalverbruik bij deze vloeren drastisch toeneemt bij grote overspanningen. Dit voorbeeld illustreert het belang van project-specifieke factoren bij de materiaalkeuze, ook vanuit ecologisch standpunt.

CO2-equivalent vs. milieu-impact

De hierboven vermelde vergelijkingen tussen verschillende materialen werden steeds gemaakt op basis van een gewogen gemiddelde milieu-impact (single score) die alle relevante milieu-impactindicatoren in rekening brengt. Maar wat met het CO2-equivalent dat vaak wordt gebruikt? Dezelfde resultaten opnieuw beoordelen op basis van hun CO2-equivalent toont dat houtcomponenten plots veel beter scoren en zelfs een negatieve milieu-impact verkrijgen in de productiefase. Bomen nemen tijdens hun groei immers CO2 op uit de atmosfeer en helpen op die manier het broeikaseffect tijdelijk te reduceren. Aangezien een CO2-equivalent enkel focust op dit aspect van de milieu-impact leidt dit tot een positiever verhaal voor hout-componenten, terwijl de milieu-impact van kalkzandsteen en staal relatief gezien toeneemt wanneer dit wordt uitgedrukt als een CO2-equivalent. Voor de laatstgenoemde materialen vertegenwoordigt het CO2-equivalent immers een veel groter deel van de totale impact dan voor hout componenten (20% t.o.v. 10%).

RIP – Recycle / reuse / recover in peace

Een manier om met een genuanceerdere blik naar milieu-impact te kijken is het toevoegen van een vierde en laatste levensfase aan de LCA, module D. Deze extra module houdt rekening met de milieu-impact van recyclage, hergebruik en energierecuperatie en is de laatste stap om een compleet beeld van de milieu-impact van een draagstructuur te verkrijgen. Waar staal een zeer groot recyclagepotentieel bezit, is voor houtcomponenten verbranding de meest voor de hand liggende eindelevensduurbehandeling. Hierbij komt de CO2 die eerder werd opgenomen door de bomen terug in de atmosfeer resulterend in een CO2-neutraliteit die het positieve karakter van hout deels tenietdoet. Anderzijds kan de warmte die hierbij vrijkomt wel gebruikt worden als energie, al is de reductie in totale impact die hiermee gepaard gaat veel kleiner dan deze corresponderend met de recyclage van staalschroot.

Een algemene trend in de resultaten is dat het verschil in milieu-impact tussen de verschillende materialen afneemt wanneer meer milieu-impactindicatoren en levenscyclusfasen in rekening worden gebracht. De impact van een stalen frame bijvoorbeeld daalt drastisch wanneer recyclage in rekening wordt gebracht, terwijl dit voor de overige materialen slechts een beperkte invloed heeft wat het netto verschil tussen beide kleiner maakt. Een vergelijkbare conclusie geldt voor het in rekening brengen van meerdere impactindicatoren. 

Conclusie

Terugkerend op de vraag die initieel werd gesteld, kan worden besloten dat hout geen eenduidig antwoord vormt op de milieu-impact van de bouwsector. Op vlak van CO2-equivalent is hout ongetwijfeld de beste optie, maar dit dekt niet de volledige lading van wat een milieu-impact inhoudt. Daarom is het van belang om alle impactindicatoren en levensfasen mee te nemen in een globale milieuscore bij het beoordelen van een gebouwstructuur. Daarnaast mogen ook project-specifieke factoren niet vergeten worden. Enkel zo kan een objectieve vergelijking tussen verschillende draagstructuren tot stand komen en kan de milieu-impact materiaalkeuzes voor gebouwstructuren beïnvloeden.