emission fra cementproduktion

(1)

1

Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

Research and Development Centre

Beton optager CO

₂

Har det betydning for miljøet ?

Jesper Sand Damtoft

Aalborg Portland Group

(2)

2

?

CO

₂

emission fra cementproduktion

Baggrund Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kg CO2/kg cement

Karbonatisering Kalcinering El

Brændsel

?

CO

₂

emission fra cementproduktion

Baggrund

(3)

3

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kg CO2/kg cement

Brændsel

?

CO

₂

emission fra cementproduktion

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kg CO2/kg cement

Brændsel

?

CO

₂

emission fra cementproduktion

Baggrund

(4)

4

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kg CO2/kg cement

Brændsel

CO

₂

emission fra cementproduktion

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kg CO2/kg cement

Brændsel

CO

₂

emission fra cementproduktion

Baggrund

(5)

5

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kg CO2/kg cement

Brændsel

CO

₂

emission fra cementproduktion

Baggrund

?

Samlede CO

₂

-emissioner for en vejbro

med en levetid på 74 år

(6)

6

Research and Development Centre 0

50 100 150 200 250

Ekskl. karbonatisering Inkl. karbonatisering

Vedligehold Byggeri Armering Beton

Samlede CO

₂

-emissioner for en vejbro

med en levetid på 74 år

Kilde: Center for Grøn Beton

Samlede CO

₂

-emissioner for en vejbro

med en levetid på 74 år

0 50 100 150 200 250

Ekskl. karbonatisering Inkl. karbonatisering

Vedligehold Byggeri Armering Beton

Kilde: Center for Grøn Beton

(7)

7

Mål

Dokumentere miljøeffekten af betons

karbonatisering, dvs. CO₂-optag i de Nordiske lande.

Budget 2,6 mill. kr.

Projektperiode

December 2003 – december 2005

Partnere

Teknologisk Institut, DK Aalborg Portland A/S, DK Betonindustriens Fællesråd, DK Cement och Betong Institutet, S Cementa AB, S Byggforsk, NO Norcem A/S, NO Elkem ASA Materials, NO Icelandic Building Research Institute, IS

(8)

8

Delprojekt 1 Modellering af

CO₂binding

Delprojekt 2 Betonproduktion og

anvendelse før, nu og i fremtiden Delprojekt 3

CO₂uptag efter nedrivning

Delprojekt 4 Syntese og dokumentation

Projektplan Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

CO

₂

-optag

Karbonatiseringsdybde

d_c= k·(t)^0.5

k - Hastighedsfaktor t - Tid

CO₂-optag

0.75·C·CaO·(M_CO2/M_CaO)(kg/m³)

C - masse af Portland-cement klinker pr. m³beton CaO – andel af CaO i cement-klinkerne (masse) M - molmasse af hhv. CO₂og CaO

Modeller

(9)

9

0.75 1

1.5 3

Begravet

0.5 0.75

1 2

Vådt

3.5 6

9 15

Indendørs

2.5 4

6 10

Beskyttet

1 1.5

2.5 5

Eksponeret

> 35 MPa 25-35 MPa

15-20 MPa

< 15 MPa

Hastighed af CO

₂

-optag

mm/year^0.5

Modeller Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

Statistik

Betonproduktion i Norden

• Mængde beton produceret i 1950 og 2003

• Betontyper

• Gennemsnitlig tykkelse af hver betontype

• Eksponering

(10)

10

Statistik

Ready-mixed concrete Pre-cast elements Pre-cast products Thickness

(mm)

Thickness (mm)

Walls 180 Hollow-core slabs 300 Paving 60 Slabs 200 Other slabs 120 Blocks 160 Foundations 240 Roof 120 Elements 120 Civil eng. structures* 400 Walls 220 Pipes and others 60

Facades 70+150 Columns/Beams 300x300

Other 150

Betonproduktion i Norden

• Mængde beton produceret i 1950 og 2003

• Betontyper

• Gennemsnitlig tykkelse af hver betontype

• Eksponering

Affald fra nedrivning

Genanvendelse af beton

630.000-720.000 Finland

52.000 Island

1.080.000-1.200.000 Sverige

800.000-1.200.000 Danmark

650.000-975.000 Norge

Betonaffald (tons)

(11)

11

Genanvendelse af beton

• % af betonaffald, der genanvendes

• Partikelstørrelsesfordeling af nedknust beton

• Eksponering

20 40 60 80 100

DK NO IS SE

Recycled concrete rubble (%)

current by 2010

Genanvendelse af beton

• % af betonaffald, der genanvendes

• Partikelstørrelsesfordeling af nedknust beton

• Eksponering

(12)

12

Betydning af partikelstørrelse

0 4.000 8.000 12.000

0,001 0,01 0,1 1 10

size (m) surface area (m2 )

wall

RCA concrete

rubble Genanvendelse af beton masteren teksttypografierne i Klik for at redigere

Beregnet CO

₂

-optag i nedknust beton

10 mm 1 mm

Total carbonation by

~1.100 years

~11 years

~1 month 100 mm

Particle

sizes % Volume (m3) Volume carbonated after 5 years (m3)

<1mm 21 140.252 140.252 1 -10mm 30 200.360 200.360

10-30mm 44 293.861 155.238

>30mm 5 33.393 7.056

Beregning: 75%karbonatiseret efter 5 år

(13)

13

Accelereret prøvning

Genanvendelse af beton Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

50 100 150 200 250 300 350 400 450

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Time (h)

g CO2 / kg cement clinker

1. N1-210: w/c = 0,44 2. N2-211: w/c = 0,60 3. N3-212: w/c = 0,60 4. N4-213: w/c = 0,60 5. N5-214: w/c = 0,60 6. N6-69: w/c = 0,75 7. N7-70: w/c = 0,75 8. DK-3: w/c = 0,72 9. DK-4: w/c = 0,41 6.

7.

3.

4.

2.

1.

8.

9.

5.

Accelereret prøvning

(14)

14

Nedknust beton, oplagret 1 år

Genanvendelse af beton Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

Vigtigste antagelser

1. 75% a CaO i cement kan karbonatisere [100% CH + 50% (CSH + Afm + Aft)]

2. Karbonatisering beregnet for 100 år = 70 års levetid + 30 år efter nedrivning

3. Ca. 85% af al beton nedrives efter 70 år (dvs. alt beton, der ikke er våd eller begravet

4. 50 til 90% nedrevet beton genanvendes som nedknust beton

5. Kun den del af betonen, der nedknuses forventes at karbonatisere efter nedrivning

6. Karbonatiseringshastigheder blev anslået ud fra et litteraturstudium og er derfor formodentlig til den høje side

7. Karbonatiseringsmekanismen for nedknust beton antages at tilsvare den for stående betonkonstruktioner (dvs. udvaskning af calcium blev ikke taget med i regning)

Sammendrag

(15)

15

Total beregnet karbonatisering

NO - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

year m3 carbonated

concrete produced 2003 life time after demolition 28% carbonated

58% carbonated

Sammendrag Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

NO - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

58% carbonated

Total beregnet karbonatisering

NO - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

58% carbonated

Sammendrag

(16)

16

NO - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

58% carbonated

Total beregnet karbonatisering

NO - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

58% carbonated

Research and Development Centre NO - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

58% carbonated SE - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

concrete produced 2003 life time after demolition 32% carbonated 57% carbonated

DK - 2003

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

years m3 carbonated

86% carbonated

Total beregnet karbonatisering

Sammendrag

(17)

17

CO

₂

-optag over 100 år

DK - 2003

0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000 1.400.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

years

CO2 (tonnes)

emitted - calcination - 2003 life time after demolition concrete uptake

= 26% of CO2 emitted Kun CO₂der er

optaget i Danmark Cementeksport

NO - 2003

0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000 1.400.000

2003 2023 2043 2063 2083 2103

years

CO2 (tonnes)

emitted - calcination - 2003 life time after demolition concrete uptake

= 24% of CO2 emitted

CO

₂

uptake in 100 years

Sammendrag

(18)

18

Hvad viser undersøgelsen?

Konklusion Klik for at redigere teksttypografierne i masteren

• Betons CO₂cyklus svarer til biobrændsler, med undtagelse af at kun en andel af CO₂ emissionen optages i løbet af de første 100 år

Hvad viser undersøgelsen?

Konklusion

(19)

19

• Denne andel varierer fra land til land afhængig af hvorledes beton håndteres efter nedrivning

Hvad viser undersøgelsen?

• Denne andel varierer fra land til land afhængig af hvorledes beton håndteres efter nedrivning

• Man bør derfor tage effekten af karbonatisering med i vurderingen af de samlede CO₂

emissioner fra cementproduktionen – specielt når betonen genanvendes efter nedknusning

Hvad viser undersøgelsen?

Konklusion

(20)

20

Andre har tilsvarende ideer !

Men………

DETTE ER FORELØBIGE RESULTATER !

• Vi er sikre på, at CO₂-optag i beton har en positiv miljøeffekt, men vi kender ikke det eksakte tal

• Det er nødvendigt at underbygge resultaterne:

• Alle antagelser skal underbygges

• Flere feltstudier af nedknust beton er nødvendige

Konklusion

(21)

21

Tak!