themaLijdend voorwerp of bindend element?3200936themaLijdend voorwerp ofbindend element?CO2als stimulans voor levenscyclusdenkenLijdend voorwerp of bindend element? 32009 371 Hergebuik van gebouwen zoalsgebeurd is bij Kraanspoor inAmsterdam is een van demanieren om CO2-uitstootterug te dringenAls vuistregel wordt wel aangenomen dat de cementindustriewereldwijd verantwoordelijk is voor 5% van de CO2die doormensen op aarde wordt uitgestoten [2]. Het wereldwijdegemiddelde vertoont een zekere spreiding: in Europa ligt ditgetal op ongeveer 3% [3] en in Nederland zelfs royaal benedende 1%. De verklaring hiervoor is eenvoudig: de helft van hetcement in Nederland wordt geïmporteerd; voor het CO2-rijkehalffabrikaat klinker ligt dat percentage zelfs nog hoger. Boven-dien bestaat meer dan de helft van wat wel in Nederland aancement wordt geproduceerd uit cement met een laag klinkerge-halte. Tot slot wordt bij de Nederlandse productie op royaleschaal gebruik gemaakt van biomassa.Energie en emissies cementBij de productie van cement zijn er twee belangrijke CO2-bron-nen: brandstoffen en kalksteen (fig. 3).Het ovenproces vergt een vlamtemperatuur van 2000 °C. Deproductie van een cementoven ligt tussen 3000 en 5000 ton perdag. In Europa vraagt het productieproces van portlandklinkerrond 3600 MJ/t klinker, wat resulteert in een totale emissie van725 tot 930 kg CO2per ton klinker.Circa 30% van de koolstofdioxide die door de cementindustriewordt uitgestoten vindt zijn oorsprong in de verstookte brand-stoffen, die voor een deel van fossiele herkomst zijn. Gemid-deld iets meer dan 55% is toe te rekenen aan de decarbonatatievan kalksteen, een onmisbare grondstof voor de productie vancement. De rest bestaat uit onder meer transport en indirecteemissies, voornamelijk gekoppeld aan het gebruik van elektri-sche energie.De totale hoeveelheid CO2die per ton cement wordt uitgesto-ten varieert van 400 tot 1000 kg/t cement en is afhankelijk vaneen veelheid aan parameters. Elke parameter is in principe tebeïnvloeden en dus te onderwerpen aan reductiemaatregelen.In theorie kan er dus veel worden gedaan om de CO2-emissiesvan de cementindustrie te verminderen. De belangrijkste viermogelijkheden zijn:­ Efficiencyverbeteringen zouden kunnen worden doorgevoerdbij het ovenproces en het malen van cement. Dit is sinds tien-tallen jaren een dagelijks streven, want energie kost geld.­ Fossiele brandstoffen kunnen worden vervangen door secun-In de cement- en betonindustrie is`sustainability' gewoonlijk verbon-den aan de uitputting van natuur-lijke bronnen, het gebruik vanenergie, het hergebruik van secun-daire grond- en brandstoffen enschoorsteenemissies. Van het groot-ste deel van het geproduceerdecement wordt beton gemaakt, enbeton helpt juist weer om energie ­en daarmee CO2-emissies ­ tebesparen, bijvoorbeeld in debebouwde omgeving. Tijd voor eentussenbalans.1ir. Pieter LanserCement&BetonCentrum1)Voor de productie van beton is natuurlijk energie nodig, maarde toepassing levert weer zoveel energie op, dat de som van detwee positief kan eindigen [1]. Meer dan een derde van al hetbeton dat in Nederland wordt geproduceerd, vindt zijn wegnaar de woningbouw (fig. 2). Dat is ongeveer 5,5 miljoen m3.Daarnaast wordt meer dan 40% toegepast in de utiliteitsbouw.Opgeteld wordt dus ongeveer driekwart van al het beton toege-past in gebouwen, gebouwen waar een prettig binnenklimaatvereist is en waar de kosten voor verwarming en koeling eenwezenlijk deel van de operationele kosten uitmaken.1) Dit artikel is een samenvatting van de bijdrage aan het fib-symposium 2008 teAmsterdam van ir. Pieter Lanser en ir. André Burger.themaLijdend voorwerp of bindend element?32009382 Toepassing van beton in Nederland3 Bronnen van CO2in een gemiddeldEuropees portlandcement in procenten4 CO2-uitstoot per ton cement voor verschil-lende cementsoorten5 Gemiddeld percentage alternatieve brand-stoffen bij cementproductie6 Gemiddeld percentage portlandcementklin-ker bij cementproductiewaaraan moet worden voldaan. Maar de cementindustriewerkt aan een continue verbetering en doet dat vaak samenmet de partners in de waardekolom.Energie en emissies betonNa brandstoffen en kalksteen, is transport de derde belangrijkebron van CO2-emissies. Deze bron geldt in feite voor allebouwmaterialen.In totaal wordt jaarlijks 375 Mt aan goederen over de wegvervoerd, waarvan 132 Mt bouwmaterialen; 40 Mt hiervan isbeton [4]. Over het water gaat nog eens 54 Mt aan bouwmateri-alen. Het binnenlands transport van goederen over de wegveroorzaakt 7% van de jaarlijkse uitstoot van CO2in Nederland.Bouwmaterialen zijn als regel tamelijk zwaar, maar ze wordenover een relatief korte afstand vervoerd. De bouwmaterialen-markt is meestal regionaal bepaald. Schaalgrootte en logistiekzijn hier elkaars natuurlijke tegenpolen: hoe groter en efficiën-ter men produceert, hoe verder men kan rijden en hoe meerCO2daarbij weer vrijkomt, enz. Naar schatting zou 10% van demilieubelasting van beton samenhangen met het transport.Daar zijn dus nog flinke besparingen mogelijk. Hierbij vergele-ken is de CO2-uitstoot bij de betonproductie veel kleiner.De betonmortelindustrie gebruikt wat elektrische energie omde betonspecie aan te maken. Het transport vindt grotendeelsplaats binnen een straal van 30 km. Verder is toevoegen vanwarmte aan betonspecie een manier om de verharding teversnellen, zowel bij toepassingen van ter plaatse gestort als vanprefab beton.In constructief (prefab) beton wordt een grote bijdrage aan deenergie-inhoud2) van beton geleverd door de stalen wapening.Per kilo gerekend bevat staal zeven tot tien maal zoveel energieals cement. Voorgespannen beton leidt tot lichtere betoncon-structies, maar vaak ook tot hogere staalpercentages. De scoredaire brandstoffen of biomassa (fig. 5). De laatste tien jaarhebben de Europese cementfabrieken op dit punt een flinkeontwikkeling doorgemaakt, zonder dat de totale emissies zijntoegenomen. Bedenk daarbij dat het energetisch rendementvan een cementoven zelfs dat van de modernste afvalverbran-der overtreft.­ Het klinkergehalte van cement zou kunnen worden verlaagddoor het gebruik van puzzolanen, vliegas, gemalen kalksteen,silica fume of hoogovenslak. Aan hoogovenslak en poederkool-vliegas wordt weinig tot geen CO2-uitstoot toegerekend, omdatze worden beschouwd als restproducten bij respectievelijk staal-en elektriciteitsproductie. Uit het oogpunt van economie enmilieu verdient het dan wel de voorkeur deze grondstoffen nietstructureel over honderden kilometers te transporteren.­ Bij de inkoop van elektrische energie zou men kunnen kiezenvoor `groene' stroom, waterkracht of met kernenergie opge-wekte stroom.Wereldwijd is portlandcement (CEM I) op afstand de meestverkochte cementsoort, met een klinkergehalte van 95 tot100%. In Europa wordt portlandkalksteencement (CEM II),met een klinkergehalte van 65 tot 94%, het meest toegepast. InNederland is hoogovencement (CEM III/B) het meestverkochte cement (fig. 6), met een marktaandeel van ongeveer60% en een klinkergehalte van 20 tot 34%.In theorie zouden de CO2-emissies die samenhangen met deproductie van cement zelfs onder de 400 kg/t kunnen liggen.In theorie, want er zijn nog een paar andere randvoorwaardenwoningbouw37%22%utiliteitsbouwinfrastructuur41% 30%4%8%2%56% ontleding van kalksteenbrandstofverbrandingbrandstoftransportelektriciteitverbruikandere2) De energie-inhoud is de hoeveelheid energiedie nodig is om een product te maken.32Lijdend voorwerp of bindend element? 32009 39tegen de voor- en nadelen van het gebruik van nieuwe materia-len en het storten van afval. Het NIBE heeft berekend dat eenvolledige vervanging van de (primaire) grove toeslagmaterialenin beton door (secundaire) granulaten een totale milieuwinstoplevert van 6 à 7%. Maar er zijn ook studies waarvan de resulta-ten een andere kant opwijzen. De resultaten zijn enigszins afhan-kelijk van de rekenmodellen die worden gehanteerd en van deinvoerwaarden. Maar hoe men ook rekent: hergebruik van betonleidt altijd tot een besparing van maagdelijke grondstoffen en datis één van de speerpunten van het milieubeleid [6].De laatste optie, het scheiden van beton in zijn samenstellendedelen, mag vreemd klinken. Toch is TNO met een aantal part-ners in het bedrijfsleven hiermee een eind gevorderd [5]. Hetkringbouwproject heeft aangetoond dat het technisch mogelijkis beton zo te malen, dat er een cementrijke en een cementarmefractie ontstaat. De cementarme fractie kan worden gerecycledals grof toeslagmateriaal. De cementrijke fractie heeft een resi-duele bindingskracht, maar kan desgewenst ook als grondstofvoor nieuw cement dienen.Momenteel wordt verder onderzoek gedaan naar de voorwaar-den waaronder een en ander ook commercieel aantrekkelijk is.Thermische massaDe totale energie-inhoud van een gebouw is sterk afhankelijkvan de aard en hoeveelheid van de gebruikte bouwmaterialen[7]. De thermische massa van een gebouw is een functie van defysieke massa van het gebouw en de warmteaccumulerendeeigenschappen van de gebruikte bouwmaterialen. De energie-inhoud van een gebouw neemt evenredig toe met de massa vaneen gebouw. Ook de thermische massa van een gebouw neemtevenredig toe met de fysieke massa van een gebouw. Dat laatsteis gunstig voor het energiegebruik van het gebouw in degebruiksfase en voor het thermisch comfort.De verhouding tussen de energie-inhoud van een gebouw en dehoeveelheid energie die gedurende het gebruiksstadium aan ver-warming en koeling wordt gebruikt, is geen vaste. Ze varieert vanvan het nieuwe materiaal ultra-hogesterktebeton is nog onduide-lijk: daarmee zijn eveneens slankere constructies mogelijk, maarhet cementgehalte is meestal hoger, net als de hoeveelheid staal.Hergebruik en uitputting natuurlijke bronnenDe beste manier om het milieu te sparen, is duurzaam bouwenin de letterlijke betekenis van het woord, en constructies niet tesnel weer afbreken.Betonconstructies lenen zich uitstekend voor een tweede leven.Ze zijn duurzaam genoeg om grote functieveranderingen vaneen gebouw mogelijk te maken; daar zijn prachtige voorbeel-den van (foto 1, 7). Duurzaam ontwerpen loont dus ook indeze context: deze milieuvoordelen zijn als regel veel groter danwat met de optimalisatie van een betonmengselsamenstelling ofhet technisch ontwerp kan worden bereikt. Toch moet men ookaccepteren dat niet alle bestaande gebouwen kunnen voldoenaan de eisen van de tijd of de gebruiker. Slechts weinig gebou-wen zijn er voor de eeuwigheid neergezet. Bij veel gebouwenziet men al van verre dat dit helaas niet het geval is.Beton kan op verschillende manieren worden gerecycled [5]:­ als constructie in zijn geheel;­ als constructie in onderdelen;­ als betongranulaat in beton;­ als betongranulaat in niet-gebonden wegfunderingen endergelijke;­ gescheiden in de samenstellende delen.Vanuit milieukundig oogpunt hebben de verschillende alterna-tieven vanzelfsprekend een verschillende impact. Het is moeilijkte zeggen welk alternatief in algemene termen de voorkeur heeft.Voor materialen zoals staal en aluminium is dat eenduidiger:die hebben een hoge energie-inhoud van zichzelf, kunnenworden gerecycled en moeten dus worden gerecycled. Betonheeft een betrekkelijk lage energie-inhoud, waardoor recyclingals materiaal minder duidelijke voordelen oplevert.De gevolgen van hergebruik en recycling moeten worden afgezetCEMIII/BNederlandCEMINederlandCEMIWereldCO2(t)0,90,80,70,60,50,40,30,20,10100806040200NL B CH A D N LX F CZ S BR US DK JP wereld%alternatievebrandsto?en100806040200NL LX B BR CZ D E P wereld%portlandcementklinker4 5 6Lijdend voorwerp of bindend element?32009407 Bij Las Palmas in Rotterdam is een nieuwe bestem-ming gevonden voor de bestaande constructiefoto: Marcel van Kerckhoven8 Ook het intelligent gebruiken van de thermischemassa zoals bij betonkernactivering vermindert deCO2-uitstoot9 Een geringe`energie-investering'in thermische massakan veel energie besparen in de gebruiksfase20-80 bij lichte, slecht geïsoleerde gebouwen tot 100-0 bij gebou-wen met een zeer grote (thermische) massa, die bovendien `autar-kisch' zijn; dat wil zeggen dat ze in het gebruiksstadium geen ener-gie van uitwendige bronnen gebruiken zoals gas of elektriciteit.In welke van de twee extreme gevallen de som van de energie-inhoud en het energieverbruik het grootste is, kan met reken-programma's worden bepaald. Het grootste deel van debestaande gebouwde omgeving zit dichter bij 20-80 dan bij100-0. Met andere woorden: de totale energie-inhoud van debouwmaterialen is daar veel minder belangrijk dan het energie-gebruik van het gebouw zelf. Ook de vraag hoe lang eengebouw wordt gebruikt is in deze context vele malen belangrij-ker dan de vraag of er ­ om milieuredenen ­ een bepaaldebetonsamenstelling zou moeten worden gebruikt.Vanuit energetisch gezichtspunt heeft beton drie interessanteeigenschappen: het isoleert, het heeft een goed warmteaccumu-lerend vermogen en het is zwaar. Het resultaat is dat hetbinnenklimaat in een betonnen gebouw stabiel is en comforta-bel, zonder buitensporige kosten voor verwarming of koeling.Thermische massa kan de jaarlijkse kosten voor verwarmingtot zo'n 15% verminderen als het bouwkundig en bouwfysischontwerp hierop worden afgestemd. Wanneer thermische massaop een intelligente manier wordt gebruikt in combinatie metairconditioning, dan kunnen ook de kosten voor koeling metI Literatuur1 Kjellsen, K.O., The CO2balance of concrete in a life cycle perspective.Dansk Technological Institute, 2005.2 World Business Council on Sustainable Development, 2007.3 Hauer, B., Technical Report 0183/2007. The European CementResearch Academy, Düsseldorf, 2007.4 Centraal Bureau voor de Statistiek, 1998.5 Mulder, E., L. Feenstra en T.P.R. de Jong, Closed Cycle Construction.6 CREM, Herziening Milieukeur Betonproducten. Amsterdam,December 2007.7 Hietamäkij, J., M. Kuoppala, T. Kalema & K. Taivalantti, Thermal mass ofbuildings ­ Central researches and their results. Tampere University ofTechnology, Institute of Energy and Process Engineering, Report2003:174. Tampere (SF), 2003.gebruiksduur gebouwcumulatiefenergieverbruikbesparing openergieverbruikdankzij actief gebruikthermische massaextra`geïnvesteerde'energie voor productiethermische massaenergie-inhoud zwaar gebouw (geïnvesteerde energie)energie-inhoud licht gebouw (geïnvesteerde energie)energieverbruik voor verwarmen en koelen in zwaar gebouwenergieverbruik voor verwarmen en koelen in licht gebouwthema78 9zo'n 50% naar beneden. Vooral als wordt bedacht dat zelfs ineen gematigde klimaatzone verwarming en koeling van gebou-wen ongeveer 30% van alle fossiele brandstoffen vereisen, danverdient toepassing van betonnen vloeren, wanden en funde-ringen zich op termijn bijna altijd terug in termen van energie,van CO2-uitstoot en van kosten. )