Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Exploring the climate impact effects of increased use of bio-based materials in buildings
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Building Materials.ORCID iD: 0000-0003-3140-6823
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Building Materials.
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Building Materials.ORCID iD: 0000-0001-7049-9503
2016 (English)In: Construction and Building Materials, ISSN 0950-0618, E-ISSN 1879-0526, Vol. 125, 219-226 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Whenever Life Cycle Assessment (LCA) is used to assess the climate impact of buildings, those with high content of biobased materials result with the lowest impact. Traditional approaches to LCA fail to capture aspects such as biogenic carbon exchanges, their timing and the effects from carbon storage. This paper explores a prospective increase of biobased materials in Swedish buildings, using traditional and dynamic LCA to assess the climate impact effects of this increase. Three alternative designs are analysed; one without biobased material content, a CLT building and an alternative timber design with “increased bio”. Different scenario setups explore the sensitivity to key assumptions such as the building's service life, end-of-life scenario, setting of forest sequestration before (growth) or after (regrowth) harvesting and time horizon of the dynamic LCA. Results show that increasing the biobased material content in a building reduces its climate impact when biogenic sequestration and emissions are accounted for using traditional or dynamic LCA in all the scenarios explored. The extent of these reductions is significantly sensitive to the end-of-life scenario assumed, the timing of the forest growth or regrowth and the time horizon of the integrated global warming impact in a dynamic LCA. A time horizon longer than one hundred years is necessary if biogenic flows from forest carbon sequestration and the building's life cycle are accounted for. Further climate impact reductions can be obtained by keeping the biogenic carbon dioxide stored after end-of-life or by extending the building's service life, but the time horizon and impact allocation among different life cycles must be properly addressed.

Place, publisher, year, edition, pages
Elsevier, 2016. Vol. 125, 219-226 p.
Keyword [en]
Biogenic carbon dioxide, Climate impact assessment, Dynamic LCA, Life Cycle Assessment, Wood construction, Buildings, Carbon dioxide, Ecodesign, Forestry, Global warming, Wooden construction, Alternative designs, Forest carbon sequestration, Global warming impact, Life Cycle Assessment (LCA), Traditional approaches, Life cycle
National Category
Civil Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-195234DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.041ISI: 000385600100022ScopusID: 2-s2.0-84982189595OAI: oai:DiVA.org:kth-195234DiVA: diva2:1047251
Note

QC 20161117

Available from: 2016-11-17 Created: 2016-11-02 Last updated: 2017-05-16Bibliographically approved
In thesis
1. The role of biobased building materials in the climate impacts of construction: Effects of increased use of biobased materials in the Swedish building sector
Open this publication in new window or tab >>The role of biobased building materials in the climate impacts of construction: Effects of increased use of biobased materials in the Swedish building sector
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

A significant share of the global climate change impacts can be attributed to the construction sector. One mitigation strategy is increasing the use of biobased materials. Life cycle assessment (LCA) has been used to demonstrate the benefits of this, but forest complexities create uncertainty due to omission of key aspects. This aim of this thesis is to enhance understanding of the effects of increasing use of biobased materials in climate change mitigation of construction works with a life cycle perspective. Non-traditional LCA methodology aspects were identified and the climate impact effects of increasing the use of biobased materials while accounting for these was studied. The method applied was dynamic LCA combined with forest carbon data under multi-approach scenarios. Diverse case studies (a building, a small road bridge and the Swedish building stock) were used. Most scenarios result in impact reductions from increasing the use of biobased materials in construction. The inclusion of non-traditional aspects affected the results, but not this outcome. Results show that the climate mitigation potential is maximized by simultaneously implementing other strategies (such as increased use of low-impact concrete). Biobased building materials should not be generalised as climate neutral because it depends on case-sensitive factors. Some of these factors depend on the modelling of the forest system (timing of tree growth, spatial level approach, forest land use baseline) or LCA modelling parameters (choice of the time horizon, end-of-life assumptions, service life). To decrease uncertainty, it is recommended to use at least one metric that allows assessment of emissions based on their timing and to use long-term time horizons. Practitioners should clearly state if and how non-traditional aspects are handled, and study several methodological settings. Technological changes should be accounted for when studying long-term climate impacts of building stocks.

Abstract [sv]

Irreversibel global påverkan på klimat och miljö måste undvikas och olika strategier som begränsar klimatförändringarna kan utnyttjas för att hantera denna utmaning. En betydande andel av de globala utsläppen av växthusgaser kan hänföras till byggsektorn i allmänhet och cementproduktion i synnerhet, och begränsningsstrategier söker alternativ till fossil- och mineralbaserade resurser, med mindre påverkan, som exempelvis en ökad användning av biobaserade material i byggandet. Livscykelanalys (LCA) har använts för att demonstrera klimatnyttan av denna ökning, men skogens komplexiteter i samband med biogent koldioxid skapar osäkerhet i resultaten då de som genomför LCA-studier traditionellt utelämnar viktiga nyckelaspekter.

Denna avhandling syftar till att öka förståelsen för effekterna av en ökad användning av biobaserade material för begränsning av byggandets klimatpåverkan i ett livscykelperspektiv. Forskningsfrågorna formulerades med fokus på att identifiera icke-traditionell LCA-metodik, samt att bedöma miljöeffekterna av en ökad användning av biobaserade material med redovisning av dessa aspekter på olika nivåer, gällande enstaka konstruktioner och byggnadsbeståndet som helhet. Den metodik som används är dynamisk LCA i kombination med data om skogskolbalans, med analyser av flera scenarier med olika metodologiska antaganden. Fallstudier med olika kännetecken användes, nämligen en byggnad, en bilvägsbro och en uppskattning av det svenska byggnadsbeståndet på lång sikt.

Resultaten bekräftar att en ökad användning av biobaserade material minskar klimatpåverkan av byggandet – en tydlig majoritet av de scenarier som analyserats för alla fallstudier resulterar i sänkt klimatpåverkan. Införandet av icke-traditionella LCA-aspekter påverkar resultatet, men förändrar inte att en ökad användning av biobaserade material resulterar i lägre långsiktig och kumulativ klimatpåverkan. Resultaten visar också att den maximala klimatbegränsningspotentialen endast nås genom att samtidigt införa andra tekniska lösningar med lägre klimatpåverkan. När det gäller LCA-metodik visar resultaten att antagandet att biobaserade byggnadsmaterial är klimatneutrala är en överförenkling eftersom deras klimatpåverkan beror på fallspecifika faktorer och därför bör inga generaliseringar göras. Några av dessa klimatpåverkande faktorer beror på modellering av skogssystemet i en dynamisk LCA; såsom när skogstillväxten antas börja i förhållande till avverkningen, den geografiska upplösningen för att analysera de biogena kolflödena dvs. som ett avverkningsbestånd eller på landskapsnivå och vad utgångsläget sätts till vid analys av skogens markanvändning. Andra faktorer beror på LCA-modellering, nämligen valet av integrerad tidshorisont för beräkning av klimatpåverkan, det antagna scenariot för avfallshantering och lagringsperioden för det biogena kolet i tillverkade produkter.

För att minska osäkerheten i bedömning av klimatpåverkan av biobaserade byggmaterial rekommenderas användning av minst en mätmetod som gör det möjligt att bedöma koldioxidutsläppen baserat på tidpunkten på dessa, samt att tillämpa mätvärden med långa tidsperspektiv. Redovisning av icke-traditionella aspekter har en betydande effekt på klimatpåverkan av biobaserade byggmaterial. Utförare av analyser rekommenderas därför även att redovisa hur dessa aspekter hanteras och att ställa upp flera olika scenarier och analysera dessa med flera olika metodologiska inställningar. Slutligen rekommenderas att ta hänsyn till den tekniska utvecklingen vid analyser av långsiktig klimatpåverkan av byggnadsbeståndet som genomförs med dynamiska värden för processer som äger rum i framtiden.

Abstract [es]

Para evitar impactos irreversibles a nivel global, es necesario mitigar el cambio climático. Una parte significativa de las emisiones globales de gases efecto invernadero puede atribuirse al sector de la construcción y la producción de cemento. Entretanto, se busca implementar estrategias de mitigación de bajo impacto, tal es el caso de incrementar el uso de materiales de origen forestal. El análisis de ciclo de vida (ACV) se aplica con frecuencia para demostrar los beneficios climáticos de este incremento, pero las complejidades relacionadas con el bosque y el carbono biogénico crean incertidumbre ya que los autores normalmente omiten ciertos aspectos clave.

Esta tesis busca mejorar la comprensión de los efectos de un incremento en el uso de materiales de origen forestal en la mitigación del cambio climático en el sector de la construcción, bajo una perspectiva de ciclo de vida. Para ello se han formulado preguntas de investigación centradas en la identificación de los aspectos metodológicos no tradicionales del ACV que pueden afectar el resultado, así como en la evaluación de los efectos ambientales del aumento del uso de materiales biológicos en construcciones o en la construcción en existencia, mientras se toman en cuenta dichos aspectos. Los métodos aplicados incluyen el ACV dinámico en combinación con modelos del balance de carbón en el bosque, además del análisis de múltiples escenarios con diferentes configuraciones metodológicas y asunciones. Se utilizaron casos de estudio con diferentes características y sus respectivos productos equivalentes de referencia; un edificio, un puente para carretera pequeño y la construcción en existencia en Suecia a largo plazo.

Los resultados confirman que el aumento del uso de materiales de origen forestal disminuye el impacto climático de la construcción, ya que la gran mayoría de los escenarios analizados para todos los casos de estudio resultan en reducciones del impacto climático. La inclusión de aspectos no tradicionales del ACV ha influido en los resultados, sin afectar el hecho de que incrementar el uso de material biológico se traduce en menores impactos climáticos acumulados a largo plazo. Los resultados también muestran que el potencial máximo de mitigación climática sólo se alcanza mediante la implementación simultánea de otras tecnologías de bajo impacto. En cuanto a la metodología del ACV, la tesis ilustra que la hipótesis de que los biomateriales de construcción son neutrales respecto a sus impactos climáticos es una simplificación excesiva, y demuestra también que los flujos de carbono biogénico deben ser tenidos en cuenta. El balance de carbono de los materiales de construcción de origen forestal depende de factores relacionados con el sistema forestal que son sensibles las circunstancias del caso de estudio; por lo que no deberían hacerse generalizaciones. De dichos factores, algunos dependen de los modelos usados para simular el sistema forestal; tales como la contabilización del punto temporal de ocurrencia de los flujos de carbono biogénico, la perspectiva espacial para medir estos flujos y la línea de base trazada para el sistema forestal. Otros factores dependen del modelo usado para el ACV, como la elección del horizonte temporal integrado para el cálculo del impacto, el escenario de disposición final y el período de almacenamiento del carbono biogénico en los productos.

Para obtener conclusiones más robustas, se recomienda que los autores de estudios utilicen al menos un método adicional al GWP que les permita evaluar las emisiones de carbono basadas en el punto temporal de su ocurrencia, así como que se apliquen horizontes temporales a largo plazo en el uso de dichos métodos. Tener en cuenta los aspectos no tradicionales estudiados en esta tesis en estudios de ACV de materiales de construcción de origen forestal puede tener una influencia significativa en su impacto climático, por lo que se recomienda que los autores expongan claramente si estos aspectos se incluyen y cómo se incluyen. También se recomienda que se analicen múltiples escenarios con una variedad de configuraciones metodológicas alternativas. Por último, se recomienda tener en cuenta los cambios tecnológicos en los análisis a largo plazo de los impactos climáticos de la construcción en existencia, utilizando factores de impacto dinámico para los procesos que trascurran en el futuro.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2017. 50 p.
Series
TRITA-BYMA, ISSN 0349-5752 ; 2017:02
Keyword
LCA, timber buildings, timber bridges, biobased building materials, dynamic LCA, climate change mitigation, building stock, scenario analysis, biogenic carbon
National Category
Environmental Engineering
Research subject
Civil and Architectural Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-207130 (URN)978-91-7729-418-4 (ISBN)
Public defence
2017-06-09, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, floor 4, KTH-huset, KTH Campus, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Projects
EnWoBio - Engineered Wood and Biobased Building Materials Laboratory
Funder
Swedish Research Council Formas, 2014-172
Note

QC 20170517

Available from: 2017-05-17 Created: 2017-05-16 Last updated: 2017-05-17Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textScopus

Search in DiVA

By author/editor
Peñaloza, DiegoErlandsson, MartinFalk, Andreas
By organisation
Building Materials
In the same journal
Construction and Building Materials
Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

Altmetric score

Total: 56 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf