Onderbouwing van de duurzaamheid van staalconstructies

Onderbouwing van de duurzaamheid van staalconstructies= Large Valorisation on Sustainability of Steel Structures

ACHTERGROND INFORMATIE: LCA METHODIEK

November 2014

EUROPEAN CONVENTION FOR CONSTRUCTIONAL STEELWORK • CONVENTION EUROPEENNE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE • EUROPÄISCHE KONVENTION FÜR STAHLBAU

LARGE VALORISATION ON SUSTAINABILITY OF STEEL STRUCTURES

De bouwsector in perspectief

Veel nieuwe concepten

In Europe vertegenwoordigd de bouwsector:

40%

35%

Sources: Ademe, EU commission

Industrie27%

Huishouden

8%

gemeenten2%

Bouw & Civiel63%

Aandeel bouwafval (Frankrijk)

Materiaal Gebruiksfase

0 50 100 150 200

Verdeling energieverbruikgebouw (kWh/m².jaar)

90% van ons leven brengen

we door in gebouwen

12/10/2014 2



Inhoud

– Duurzame ontwikkeling en levenscyclus denken

– Levenscyclus analyse

– Niveau van de beoordeling

– Environmental product declarations (EPD)

– CEN/TC350: Context, belangrijkste begrippen

– Focus op module D

– De cyclus van staal

– Voordelen van recycling

12/10/2014 3



1) Basisbegrippen

12/10/2014 4



12/10/2014 5

Duurzame ontwikkeling

“sustainable development meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.“

Brundtlandt Report(World Commission on Environment & Development, 1987)

natuur

economiemaatschappijgerechtvaardigd

vitaalleefbaar

duurzaam



Waarom is het zo kritiek?• Begrijp en anticipeer waar onze distributiekosten kunnen toenemen in de toekomst

door milieuproblematiek• Begrijp waar de distributieketen geraakt kan worden door maatschappelijke problemen• Laat de duurzame waarde van stalen producten en oplossingen zien door:

– Milieuvoordelen van staal en kostenbesparingen– Impact lokaal voor belanghebbenden (creëeren van banen, etc.)– Maatschappelijke voordelen stalen producten en oplossingen (blikjes, bruggen, etc.)– Mogelijkheid om armere bevolkingsgroepen in de waardeketen te integreren– …

• Beslissingen van vandaag geven aan welke problemen toekomstige generaties mee temaken krijgen

• Staalindustrie zal onderdeel van de oplossing moeten zijn

“De wereld kan niet slagen zonder bedrijven die gecommiteerd zijn aanduurzame oplossingen voor de maatschappij en het ecosysteem”

WBCSD President Bjorn Stigson

12/10/2014 6



12/10/2014 7

Milieubeoordelings tools• Environmental Management System

(productielokatie/bedrijfsspecifiek, ISO 14000)

• Greenhouse Gases (GHG) Protocol (Bedrijfsniveau, productielokatie)

• Levenscyclus analyse (LCA), LC Costing, Sociale LCA (product/dienst specifiek)

• Eco-design, Design voor X• Health Risk Assessment, Ecosystem Risk Assessment• Indicatoren

(GRI, IBGN, Ecological footprint…)

• Cost-Benefit Analysis, Environmental Economy• ….



12/10/2014 8

Levenscyclus denken

• Manier om inzichtelijk te maken welkeverbeteringen mogelijk zijn voor producten en diensten in de zin van lagere milieubelasting en minder gebruik van grondstoffen over allelevensfasen.

Source: JRC



12/10/2014 9

LCD in Europese Politiek

• Het Sustainable Consumption and Production Action Plan heeft als doel de algehele milieubelasting te reducerenen gebruik van grondstoffen in relatie tot de complete levenscyclus van goederen en diensten and services (producten)

• Integrated Product Policy Communication (COM(2003)302)

• Thematic Strategy on the Sustainable Use of Natural Resources (COM(2005)670)

• Thematic Strategy on the Prevention and Recycling of Waste (COM(2005)666)

http://ec.europa.eu/environment/eussd/escp_en.htm

http://ec.europa.eu/environment/ipp/home.htm

http://ec.europa.eu/environment/natres/index.htm

http://ec.europa.eu/environment/waste/strategy.htm



12/10/2014 10

Levenscyclus denken : Waarom?

1. Lokale versus globale impact

2. Verschuiven van vervuiling van de ene levensfase naarde andere

3. Verschuiven van vervuiling van de ene milieubelastingnaar de andere



12/10/2014 11

Locale activiteit

Credit : CIRAIG

1 – Lokale versus globale impact



12/10/2014 12

Broeikaseffect

Credit : CIRAIG

1 – Local activiteit versus globale impact



12/10/2014 13

0 50 100 150[kWh/m²]

Energieverbruik woongebouw

Embodied energy

Source: Energy and Buildings 42 (2010) 1592–1600

0-energie gebouw

Gebouwen met laag

energieverbruik

2 – Verschuiven van vervuiling van ene levensfasenaar andere



12/10/2014 14

Voorkom verplaatsen van milieuproblemen !

Maar andereemissies

Credit : CIRAIG

3 – Verschuiven van vervuiling van enemilieubelasting naar andere

Geen CO2 uitstoot



12/10/2014 15

Levenscyclus analyse

• Definitie

• Voordelen– Intern

• Detectie van strategische risico’s en milieuproblemen• Ontwikkelen van duurzame producten gebaseerd op

milieuinformatie Ecodesign• Communicatie met politiek en overheid

– Extern• Verbeteren imago als gevolg van ecologische overwegingen• Steunen van milieuinnovaties en verminderen milieubelasting• Concurrentievoordeel door milieuaspecten mee te nemen

Analyseert de potentiële milieubelasting van een product of dienst bij de productie, gebruiksfase en afvalverwerking (einde levensduur).



12/10/2014 16


Winning grondstoffen

Productiebasismateriaal

MakenProduct

Gebruiksfase

Product levenscyclusConsumptiegrondstoffen

Recycling

Emissies en afval

Hergebruik

Afval



12/10/2014 17

Levenscyclus analyse• Algemene methode, voor alle producten

en diensten, die milieuinformatieverschaft conform internationale normen(ISO 14040 and 14044)

• Deze normen schrijven geen methodevoor, voor allocatie, indicatoren, systeemgrenzenGrote vrijheid

• Een LCA beschrijft niet: – REACH

– Milieurisico’s

– Veiligheid

– Economische en sociale aspecten

– Carbon footprint van het bedrijf

1. Definitie doel & Scope

2. Model systeem

4. Impact assessment

5. Resultaten & Interpretatie

3. Life Cycle Inventory

(materiaal balansen, directeemissies, Indirecte emissies, etc)

Methodiek



12/10/2014 18

Levenscyclus analyse• Sleutelwoord #1, functionele eenheid: object van een LCA studie

– Voorbeelden: 1m² gevelbekleding, 1 ligger voor een specifieke overspanning en belasting, 1kg cement

– Vergelijk producten alleen voor gelijke functies

1m geleiderail (beton)1m geleiderail (staal)

vs.

Global Warming for 1 m of barrier

0

50

100

150

Steel barrier Concrete Barrier

Global Warming for 1 kg

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Steel Concrete

1kg beton1kg staal

vs.



12/10/2014 19

Cradle to grave


• Sleutelwoord #2, grenzen van het systeem

– Voor constructiewerken kan de gebruiksfase 80-90% van de milieubelasting veroorzaken

Productie GebruiksfaseEinde levensduurfase

Cradle to gate

Winning grondstoffen

Gate to gate



12/10/2014 20


• Sleutelwoord #3, milieuindicatoren

– Consumptie, emissies en afval worden omgezet naar milieuimpacts

– Voorbeeld: Global Warming Potential (GWP)

Natuurlijke broeikasgassenhouden wat zonnewarmte vast en voorkomen daarmee dat de aarde bevriest.

Menselijke activiteit, alsverbranden van brandstoffenvergroten de aanwezigheid van broeikasgassen wat leidt tot eensterker broeikaseffect. Het resultaat is opwarming van de aarde en ongekendeklimaatverandering.

http://www.nps.gov/goga/naturescience/climate-change-causes.html

http://www.nps.gov/goga/naturescience/climate-change-causes.html



12/10/2014 21

• Sleutelwoord #3, milieuindicatoren– Consumptie, emissies en afval worden imgezet naar milieuimpacts

– Voorbeeld: Global Warming Potential (GWP)

Product levenscyclusBroeikasgasEmissies

100 kg CO2

10 kg CH4

1 kg N2O

GWP = 648 kg CO2eq

Conversie naar GWP impact

1 * 100 kg CO2eq

25 * 10 kg CO2eq

298 * 1 kg CO2eq

Model ontwikkeld door het IPCC




12/10/2014 22


• Sleutelwoord #4, peer review– Uitgevoerd door onafhankelijke expert, toegevoegd aan een panel

van geïnteresseerde derden voor vergelijkende bewering

– kosten 7k€ – 20k€

• Voldoen aan verschillende normen afhankelijk van het type studie– Algemene LCA studies: ISO 14040 – 44

– Algemene milieu declaratie: ISO 14025

– Milieudeclaratie voor constructieproducten wereldwijd: ISO 21930

– Milieudeclaratie voor constructieproducten in Europa: EN 15804

– Milieudeclaratie voor constructieproducten in Frankrijk: of NF P01-010 of NF EN 15804, en na 2014, alleen EN 15804



12/10/2014 23

Levenscyclus analyse• Sleutelwoord #5, data• In de praktijk is een enorme hoeveelheid data om de hele levensduur

van het product te modelleren (mijnen, energie conversie, stort, transportmiddelen, etc)– Noodzaak voor algemene databases met betrouwbare gemiddelden voor

specifieke gebieden (bijvoorbeeld de productie van 1kWh electriciteit in Nederland)

• Er zijn veel databases, elk met hun eigen kwaliteit– Industriele databases (Worldsteel, Plasticseurope, Betie, etc - gratis)– Ecoinvent (Swiss onderzoeks instituten – grootste database in de wereld –

veelal theoretishe modellen – duur)– GaBi (Duitse German consultant – werkt met industrie incl worldsteel –

duur)– Inies (voor constructieproducten FDES – controle niet noodzakelijk –

voormalige Franse norm – gratis)– Diogen (gericht op civiel toepassingen – voormalige Franse norm – gratis)



12/10/2014 24


• Methodologische zaken zorgen voor discussietussen gebruikers– Allocatie (verdelen van impacts tussen bij-producten)

• Onderscheid tussen bij-product en afval• fysisch (gewicht) of economisch• Kan grote invloed hebben op resultaat

– Einde levensduur• Toerekenen voordeel van recycling• Voordeel voor gebruiker of producent schroot ?• Hoe ziet het met downcycling, valorisatie etc?

– Databronnen• Datakwaliteit• Representativiteit• Consistentie tussen methoden (grenzen, allocatie)



12/10/2014 25

Indian Tee-pee

Woonhuis

Crystal island

African Hut

Apartement



Veel niveaus van beoordelingen1.Componenten (gevels, dak,

constructieonderdelen etc.) kunnen

beschreven worden door een EPD, vaak

verzameld door een (semi) stichting

2.Energie efficiency is of

gereguleerd of

gelabelled– RT 2012 (FR)– Minergie (CH)– PassivHaus (DE) etc

3.Gebouw certificeringen

bekijken het gehele

gebouw, en kunnen ook

economische en

sociale aspecten

meenemen

12/10/2014

4.LCA heel gebouw:

beoordeling complete

levenscyclus gebouw

inclusief materialen en

energiegebruik



12/10/2014 27



Context

• De Europese Commissie geeft de CEN commissie mandaat voor de ontwikkeling van horizontaal geharmoniseerde methoden voorde beoordeling van geïntegreerdemilieuprestatie van gebouwen

12/10/2014



Structuur CEN/TC350• 3 pijlers, 4 niveaus

12/10/2014



PRODUCT faseCONSTRUCTIE fase

GEBRUIKS faseBaten en lastenbuiten de systeemgrenzen

END-OF-LIFE fase

Gro

nd

sto

ffen

win

nin

g

A1

Tran

spo

rt

A2

Pro

du

ctie

A3

Tran

spo

rt

A4

Bo

uw

pro

ces

A5

Ve

rvan

gin

g

B4

Dem

on

tage

-sl

oo

p

C1

Tran

spo

rt

C2

Afv

alve

rwe

rkin

g

C3

Sto

rt

C4

Her

geb

ruik

-te

rugw

inn

ing-

Re

cycl

ing-

po

ten

tiee

l

DB1

Geb

ruik

B2

On

der

ho

ud

B3

Rep

arat

ie

B5

Ren

ova

tie

B6 Energie (operationeel)

B7Waterverbruik(operationeel)

EPD cradle-to-gate

EPD cradle-to-gate met opties

EPD cradle-to-grave

Verplicht

Verplicht Optioneel

Verplicht Optioneel

Voordelen

recycling hier

bepaald

Kern concept: modulariteit

Productie en

bewerking

impacts hier

3012/10/2014



12/10/2014 31

Modulariteit op 2 niveausPRODUCT stage

CONSTRUCTION

PROCESS

stage

USE stage

Benefits and

loads beyond the

system boundary

END-OF-LIFE stage

Raw

mate

rial

supply

A1

Transport

A2

Manufa

ctu

ring

A3

Transport

A4

Constructio

n –

insta

llatio

n pro

cess

A5

Repla

cem

ent

B4

Deconstructio

n

dem

olit

ion

C1

Transport

C2

Waste

pro

cessin

g

C3

Dis

posal

C4

Reuse-Recove

ry-

Recyclin

g-

pote

ntia

l

DB1

Use

B2

Main

tenance

B3

Repair

B5

Refu

rbis

hm

ent

B6 Operational energy use

B7 Operational water use

PRODUCT stageCONSTRUCTION

PROCESS

stage

USE stage

Benefits and

loads beyond the

system boundary

END-OF-LIFE stage

Raw

mate

rial

supply

A1

Transport

A2

Manufa

ctu

ring

A3

Transport

A4

Constructio

n –

insta

llatio

n pro

cess

A5

Repla

cem

ent

B4

Deconstructio

n

dem

olit

ion

C1

Transport

C2

Waste

pro

cessin

g

C3

Dis

posal

C4

Reuse-Recove

ry-

Recyclin

g-

pote

ntia

l

DB1

Use

B2M

ain

tenance

B3

Repair

B5

Refu

rbis

hm

ent

B6 Operational energy use

B7 Operational water use

Transparentie: geen aggregatie over modulesProduct data geïntegreerd op gebouwniveauVergelijkingen alleen op gebouw of systeemniveau

GebouwniveauEN 15978

ProductniveauEN 15804

consultant

Gebouw scenarios

Producent

Product scenarios



12/10/2014 32

15804 & 15978: Indicators

Parameters voor brandstoffen gebruik, primaire energie

Gebruik van hernieuwbare primaireenergie behalvehernieuwbare primaireenergiebronnengebruikt alsgrondstoffen [MJ NCV]

Gebruik van hernieuwbareenergiebronnen alsgrondstoffen [MJ NCV]

Totaal gebruik van hernieuwbareprimaire energie(primaire energie en primaireenergiebronnengebruikt alsgrondsoffen) [MJ NCV]

Gebruik van niethernieuwbareprimaire energiebehalve niethernieuwbareprimaireenergiebronnengebruikt alsgrondstoffen [MJ NCV]

Gebruik van niethernieuwbareenergiebronnen alsgrondstoffen [MJ NCV]

Totaal gebruik van niethernieuwbare primaireenergie (primaireenergie en primaireenergiebronnengebruikt alsgrondstoffen) [MJ NCV]

Parameters voor milieubelasting

GWP [kgCO2eq] ODP [kgCFCeq]AP[kgSO2eq]

EP [kgPO4eq]POCP [kgEtheneq]

APD-grondstoffen[kgSbeq]

ADP-brandstoffenfuels [MJ NCV]

Milieuinformatie voor afvalcategorien Milieuinformatie voor uitgaande grondstoffenstromen

Gevaarlijk afval[kg]

Niet gevaarlijkafval [kg]

Radioactief afval[kg]

Componentenvoorhergebruik [kg]

Materialen voorrecycling [kg]

Materialen omenergie terug tewinnen [kg]

Geexporteerde energie[kg]

Parameters voor grondstoffen gebruik, secundaire materialen, brandstoffen en waterverbruik

Gebruik van secundairmateriaal [kg]

Gebruik van hernieuwbaresecundaire brandstoffen [MJ]

Gebruik van niethernieuwbare secundairebrandstoffen [MJ]

Gebruik van zoetwater [m3]



12/10/2014 33



12/10/2014 34

Staalproductie• Twee routes voor één product: staal

– BF/BOF route (vooral primair)– EAF route (vooral secundair)

2 routes = 1 product



12/10/2014 35

Vraag naar staal vs. aanbod schroot

Verhoogdevraag naar

staal

Tekort aanvoorhanden

schroot

Percentage primaire

productienog steeds

hoog

35%

65%

blikje

auto

gebouw



12/10/2014 36

Staalproductie per route en regio, 2007

Schrootconsumptie Europa en wereld55% - 45%

35% - 65%



12/10/2014 37

Recycling in LCA: van groot belang voor staal

• Recycled content en End Of Life recycling rate

ProductiefaseGebruik van recycled materiaal

GebruiksfaseEnd of Life faseRecycling van materiaal

Recycled content•Focus op product

•Bekijk recycling van materiaal in verleden

•Ondersteunt door materialen met beperktaantal cyclussen en een laag recycling percentage (polymeren, beton …)

Recycling rate•Op niveau materiaal

•Neemt milieuvoordeel toekomstige recycling mee

•Ondersteunt door metaalindustrie: kijken naartoekomst producten is belangrijker



12/10/2014 38

CO2 emissies van diverse materialen

Staal

AHSS*

Aluminium

Magnesium

(electrolyse)

Magnesium

(pidgeon)

Carbon FRP

Gemiddelde CO2

emissies primaire

productie

40 – 45

2.3 – 2.7

2.3 – 2.7

21 – 23

18 – 24.8

10 – 15.5

*Advanced High Strength Steel



12/10/2014 39



12/10/2014 40

Module D: grenzen

Einde afval status



Module D: berekeningsvoorbeeld staal

12/10/2014

Ref: worldsteel data 2010

Er, omzet Y

100% schroot

Ev

100% ijzererts

Secundair Proces omfunctioneel equivalent te bereiken

Vermeden primaire productie tot functioneel equivalent

Winst = Y (Ev – Er)



12/10/2014 42

Module D: ‘Netto’ winst en belasting


RC = recycled content, RR = Recycling rate, Ev = Milieubelasting materiaal primaire productieEr = Milieubelasting materiaal secundaire productieEv’ = Milieubelasting vervangen materiaal primaire productieEr’ = Milieubelasting vervangen materiaal primaire productie

totale potentiele winst van recycling van het verzamelde

materiaal

reduceer met de winst die upstream is meegenomen met als resultaat de

“netto” winst



12/10/2014 43

Toepassing op staalModule A= mix productie = 1,15 tCO2eq

RC= 0.85t

RR=0.95t

1t


GWP staalprofiel = 1,15 – 0,15 = 1,00 tCO2eq

Module D = (RR-RC)*Y*(Ev-Er) = (0,95-0,85)*1,6 = 0,15 tCO2eq

Source: worldsteel, european data, 2010



Module D

• In Module D is de tijd geïntegreerd en wordtlevenscyclusdenken beloond

• Module D stimuleert recycling/hergebruik of energie terugwinnen

• Wat is de waarde van mijn afval bij einde levensduur ?

• Module D is toepasbaar op alle materialen

• Aandachtspunten– Optioneel (probleem bij vergelijken)

– Praktijkervaring nodig om regels aan te scherpen

12/10/2014



12/10/2014 45

• Aandeel milieubelasting– VANDAAG

• Milieubelasting ontstaat vooral in gebruiksfase (~80% van totalemilieubelasting)

• Politieke maatregelen vooral gerichtop energiebesparen

• Ontwikkeling van passieve of energieplus gebouwen

Materials

Materials

Materials

Solar panels energy

Solar panels energy

Use phase

Use phase

Use phase

-40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 100%

Zero energy building

Low consumption building

Standard building

– MORGEN• Materiaalaandeel groeit door meer

isolatie• Maatregel om te reduceren: stel EPDs

vaker verplicht bij opdrachten en milieubeoordelings tools

• Materiaal efficiency met als doel afval tereduceren

Illustrative figures

Conclusies



12/10/2014 46

Conclusies

• Levenscyclus analyse is de juiste tool voor beoordeling van gebouwen op duurzaamheid– Focus op gebruiksfase is niet meer voldoende– Het end-of-life van het gebouw moet ook beoordeeld worden:

hergebruik en recycling worden beloond (module D)– CO2 is niet de enige emissie: beoordeling alle emissies is van belang

• De sociale pijler komt eraan: naast de LCA indicatoren– We brengen 90% van onze tijd door in gebouwen: luchtkwaliteit /

comfort / akoestiek dient ook bekeken te worden– Stedelijk niveau vs. gebouwniveau

Documents

Onderbouwing van de duurzaamheid van staalconstructies