Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

Technische Samenvatting: Scenario-gebaseerde Dynamische Materiaalstroomanalyse van Nederlandse Macro-infrastructuur-aandelen

Probleemstelling
Het bereiken van circulariteit in infrastructuursystemen vereist een effectieve terugwinning van secundaire grondstoffen uit eind-levensduur (EoL) voorraden om de toekomstige vraag naar primaire materialen te compenseren. Hoewel Nederland beschikt over een goed ontwikkelde infrastructuurvoorraad die nu het einde van de ontworkte levensduur nadert (voornamelijk gebouwd in de jaren 1960–1970), bestaat er een aanzienlijke onderzoeksachterstand met betrekking tot de kwantificering van de toekomstige beschikbaarheid van secundaire materialen uit niet-gebouw gerelateerde macro-infrastructuur. Bestaande studies richten zich vaak op gebouwen of specifieke sectoren zoals mobiliteit, waarbij water-, nutsen- en fossiele brandstofinfrastructuur over het hoofd worden gezien. Bovendien bestaat er een cruciaal onderscheid tussen het theoretische terugwinningspotentieel en werkelijke "closed-loop" circulariteit, waarbij materialen hun oorspronkelijke functionaliteit en waarde behouden. Veel van de huidige terugwinning in Nederland betreft downcycling (bijv. betonaggregaten gebruikt als wegfundering), wat er niet toe leidt dat de vraag naar primaire materialen effectief wordt verminderd. Deze studie adresseert de noodzaak om de toekomstige materiaaldemand en het potentieel voor closed-loop circulariteit voor staal, beton en asfalt in de Nederlandse macro-infrastructuur onder diverse transitiescenario's te kwantificeren.

Methodologie
De studie maakt gebruik van een stock-gebaseerde Dynamische Materiaalstroomanalyse (dMFA), geconceptualiseerd op basis van het raamwerk van Müller (2006). De analyse beslaat macro-infrastructuur (exclusief gebouwen) over vijf categorieën: Snelweg & spoorweg, Water, Olie & gas, Elektriciteit en Nutsvoorzieningen. De drie bulkmaterialen die worden geanalyseerd zijn staal, beton en asfalt, die samen meer dan 90% van het materiaalgebruik naar gewicht in deze sectoren vormen.

• Databronnen: Historische voorraadontwikkeling, materiaalinspanning en gemiddelde levensduur (1950–2023) werden verzameld uit de SUBLIME-database.
• Levensduurmodellering: Een Weibull-verdeling werd gebruikt om de overlevingscurves van de levensduur van de infrastructuur te modelleren, zoals aanbevolen voor langdurige activa.
• Scenario-ontwikkeling: Drie verschillende scenario's zijn ontwikkeld om toekomstige onzekerheid te vangen:
  • Referentiescenario: Sluit aan bij de centrale projecties van asset-eigenaren en huidige trends.
  • Scenario met lage vraag: Veronderstelt beperkte regelgevende prikkels en trage technologische vooruitgang.
  • Scenario met hoge vraag: Veronderstelt een ambitieuze energietransitie, sterke beleidsinterventies (bijv. terugwinningsverplichtingen) en geavanceerde recyclinginfrastructuur.
• Kwantificering: De toekomstige materiaalvoorraad ($MS$) werd berekend met de stock-flow-service nexus: $MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$, waarbij $Pop$ de populatie is, $S/Pop$ de infrastructuurbehoefte per capita en $M/S$ de materiaalinspanning.
• Circulariteitsmetrieken: De studie maakt onderscheid tussen Maximaal Aanbodpotentieel (theoretische uitstroom) en Werkelijk Terugwinningspotentieel (rekening houdend met systemische verliezen). Cruciaal is dat het Closed-Loop Circulariteit (CLC) berekent, gedefinieerd als het percentage van de totale materiaaldemand dat wordt gedekt door secundaire materialen die hergebruikt worden op hetzelfde functionele niveau, waarbij downcycling expliciet wordt uitgesloten.

Belangrijkste Resultaten
De analyse projecteert materiaalstromen van 2024 tot 2070 onder de drie scenario's:

• Materiaaldemandtrends:

  • Staal: De jaarlijkse vraag zal naar verwachting aanzienlijk toenemen met 94–104% tegen 2070 vergeleken met het niveau van 2024, grotendeels gedreven door de uitbreiding van energie-infrastructuur (offshore/onshore wind, zon).
  • Beton: De vraag zal naar verwachting stijgen met 58–94%, gedreven door nutsvoorzieningen en funderingen voor hernieuwbare energie.
  • Asfalt: De vraag blijft relatief stabiel, met een geprojecteerde stijging van slechts 1–2%, aangezien het wegennet volwassen is en de vraag wordt gedreven door vervanging in plaats van uitbreiding.

• Aanbod en Terugwinningspotentieel:

  • Staal: Het theoretische EoL-aanbod zou 74–86% van de toekomstige vraag kunnen dekken. Vanwege exportafhankelijkheid, contaminatie (bijv. hexavalent chroom) en regelgevende barrières (NEN-EN 1090) wordt de gerealiseerde closed-loop circulariteit echter geschat op 31–40%.
  • Beton: Het theoretische aanbod zou 71–83% van de vraag kunnen dekken. Echter, wijdverbreide downcycling naar laagwaardige wegfunderingen beperkt de gerealiseerde closed-loop circulariteit tot 3–23%.
  • Asfalt: Het theoretische aanbod zou 92–101% van de vraag kunnen dekken. Door volwassen recyclingkaders en hoog gebruik van Reclaimed Asphalt Pavement (RAP), wordt de gerealiseerde closed-loop circulariteit geschat op 50–85%.

• Sectorale Verschuivingen: Tegen 2070 zal de energie-infrastructuur naar verwachting het merendeel van de staal (50–60%) en beton (42–56%) voorraden en uitstromen vertegenwoordigen, een verschuiving weg van de historische dominantie van snelwegen en nutsvoorzieningen.

Belangrijkste Bijdragen

1. Omvattende Scope: De studie breidt de reikwijdte van de materiaalstroomanalyse uit voorbij gebouwen en mobiliteit naar water-, nutsen- en energie-infrastructuur, waardoor een holistisch beeld van de Nederlandse macro-infrastructuurvoorraden ontstaat.
2. Differentiatie van Circulariteit: Het kwantificeert expliciet het gat tussen theoretische terugwinning en closed-loop circulariteit, waarbij wordt benadrukt dat hoge recyclingpercentages (bijv. 98% voor bouwafval) vaak significante downcycling maskeren die de vraag naar primaire materialen niet vermindert.
3. Scenario-gevoeligheid: De analyse toont aan hoe beleidsambitie en technologische vooruitgang (specifiek in het Hoge scenario) de circulariteitsresultaten aanzienlijk kunnen verbeteren, waarbij het Hoge scenario tot 13–35% hogere circulariteit bereikt dan het Referentiescenario.
4. Identificatie van Bottleneigen: De studie identificeert specifieke systemische barrières, waaronder het gebrek aan binnenlandse capaciteit voor Electric Arc Furnaces (EAF) voor constructiestaal, strikte kwaliteitsnormen die hoogwaardig betonhergebruik verhinderen, en de logistieke uitdagingen van het opslaan van gerecycled asfalt in verstedelijkte regio's.

Betekenis en Claims
De auteurs stellen dat deze bevindingen een systeemniveau begrip bieden van het potentieel voor materiaalcirculariteit in de Nederlandse macro-infrastructuursector. De studie stelt dat hoewel het theoretische potentieel bestaat om een groot deel van de toekomstige materiaaldemand met secundaire bronnen te dekken, huidige systemische inefficiënties de werkelijke closed-loop circulariteit beperken tot een fractie van dat potentieel.

Het artikel concludeert dat het volledig terugwinnen van EoL-materiaalvoorraden de jaarlijkse vraag naar primair materiaal tussen 2024 en 2070 met 16–49% kan verminderen. Deze reductie wordt gepresenteerd als een cruciaal onderdeel voor het behalen van de Nederlandse doelstelling van netto nul emissies in 2050. De auteurs benadrukken dat het realiseren van dit potentieel een synergetische aanpak vereist die de volgende zaken integreert:

• Technologische Innovatie: Specifiek hoogwaardige betonupcycling en component-niveau hergebruik van constructiestaal.
• Beleidsinterventie: Sterkere terugwinningsverplichtingen, prikkels voor secundaire materialen en geactualiseerde regelgevende kaders (bijv. verder gaan dan de beperkingen van NEN-EN 1090).
• Ontwerpinterventies: Prioriteit geven aan design-for-disassembly, modulariteit en materiaaltraceerbaarheid.

De studie positioneert Nederland als een representatief geval voor andere vroeg-geïndustrialiseerde landen die voor soortgelijke verouderde infrastructuuruitdagingen staan, en biedt overdraagbare inzichten voor de transitie naar infrastructurele circulariteit.