Whole-life carbon emissions and material demand in the Swedish building stock: an archetype-based stock dynamics assessment

Elk gebouw waarin we wonen en werken is een verhaal van twee verschillende soorten energie. De ene is de energie die we gebruiken om het licht aan te houden en de kamers warm te houden, de energie die elke dag door de muren stroomt. De andere is de energie die werd uitgegeven om het gebouw überhaupt te laten bestaan. Dit tweede soort, vaak aangeduid als belichaamde energie, komt voort uit de winning van grondstoffen, de productie van cement en staal, en de zware machines die deze op hun plaats tillen. Decennialang lag de focus van klimaatactie in de bouw bijna volledig op de eerste soort: gebouwen efficiënter maken zodat ze minder brandstof verbruiken terwijl ze staan. Maar naarmate gebouwen beter geïsoleerd en schoner in gebruik worden, wordt de energie die verborgen zit in de materialen zelf een groter deel van het verhaal. In plaatsen zoals Zweden, waar verwarmingssystemen al schoner worden, is de CO2-voetafdruk van het beton en staal in de muren nu de dominante bron van emissies.

Om te begrijpen hoe dit opgelost moet worden, hebben onderzoekers een manier nodig om de gehele nationale gebouwvoorraad niet te zien als een verzameling individuele huizen, maar als één enkel, verschuivend systeem. Ze moeten precies weten welke materialen in de grond zitten, hoeveel daarvan er op dit moment worden gebruikt, en hoe die aantallen zullen veranderen naarmate de populatie groeit of krimpt. Dit is de uitdaging waar een team van onderzoekers van Zweedse milieu-instituten en universiteiten de aanval op heeft genomen. Ze bouwden een gedetailleerd digitaal model van de gehele Zweedse bouwsector, waarbij ze alles volgden van eengezinswoningen tot enorme kantoorpanden, en projecteerden hoe de vraag naar materialen en de resulterende CO2-emissies zouden evolueren van vandaag tot het midden van de eeuw. Hun doel was om te zien of de huidige plannen om de bouwsector te vergroenen voldoende waren om de klimaatdoelstellingen van het land te halen, of dat er iets radicalers nodig was.

De onderzoekers begonnen met het creëren van een bibliotheek van "archetypen", wat in essentie representatieve modellen zijn van elk type gebouw in Zweden. In plaats van te proberen elk huis afzonderlijk te meten, groepeerden ze gebouwen op basis van hun leeftijd, grootte, locatie en waar ze van gemaakt zijn. Voor de bestaande gebouwen keken ze naar hoeveel energie ze gebruikten voor verwarming en koeling. Voor nieuwe gebouwen gingen ze dieper en berekenden ze exact hoeveel beton, staal, hout en isolatie er in elke vierkante meter vloeroppervlak gaat. Ze ontdekten dat beton de zwaargewichtkampioen van de constructiewereld is. In een typisch appartementengebouw is de hoeveelheid beton die wordt gebruikt zo enorm dat deze alle andere materialen gecombineerd overtreft. In eengezinswoningen, waar houten frames gebruikelijk zijn, wordt er nog steeds twee keer zoveel beton gebruikt als hout, vooral voor de fundering en de begane grondplaat. Voor niet-residentiële gebouwen zoals kantoren en scholen speelt staal een veel grotere rol, met name in de frames en kolommen.

Met dit gedetailleerde beeld van het heden draaide het team simulaties om te zien wat de toekomst zou kunnen brengen. Ze testten verschillende paden. Eén pad was een "business as usual"-scenario, waarbij de bouw doorgaat zoals die vandaag de dag verloopt, met slechts langzame, natuurlijke verbeteringen in technologie. De andere paden waren agressiever en combineerden veranderingen in hoe materialen worden geproduceerd met veranderingen in hoe ze worden gebruikt. Sommige scenario's richtten zich op het verduurzamen van de fabrieken die cement en staal produceren, door gebruik te maken van zaken als koolstofafvangtechnologie of de overstap naar elektriciteit en biobrandstoffen. Andere scenario's richtten zich op het gebruiken van minder materiaal in de eerste plaats, door gebouwen te ontwerpen die minder beton nodig hebben of door zware materialen te vervangen door lichtere, hernieuwbare materialen zoals hout.

De resultaten toonden aan dat hoewel de totale hoeveelheid bouwactiviteit mogelijk zal afnemen naarmate de bevolkingsgroei afneemt, de vraag naar beton hardnekkig hoog zal blijven, tenzij er specifieke acties worden ondernomen. Zelfs in de meest optimistische scenario's blijft beton het meest gebruikte materiaal. Echter, de studie vond dat de manier waarop we deze materialen produceren en gebruiken een enorm verschil maakt voor het klimaat. Als de industrie simpelweg op haar huidige koers doorgaat, zullen de emissies door de bouw dalen, maar slechts langzaam. Maar als de sector schonere productiemethoden combineert met slimmer ontwerp dat minder materiaal gebruikt, kunnen de emissies van nieuwe gebouwen tegen het jaar 2045 met meer dan 90 procent worden teruggebracht.

Deze reductie is indrukwekkend, maar de onderzoekers ontdekten een cruciale adder onder het gras. Zelfs als de constructiezijde van de vergelijking is opgelost, zal de bouwsector als geheel niet een staat van nul-emissies bereiken. De reden is dat de emissies van de energie die wordt gebruikt om de gebouwen hun hele levensduur te verwarmen en te koelen, nog steeds aanzienlijk zijn. De studie toonde aan dat hoewel een reductie van 90 procent in de bouwemissies haalbaar is tegen 2045, dit nog niet leidt tot koolstofneutraliteit. Om tot echte neutraliteit te komen, moet de industrie beide kanten van het probleem tegelijkertijd aanpakken: de materialen schoner maken en er minder van gebruiken, terwijl er ook wordt ervoor gezorgd dat de energie die de gebouwen aandrijft volledig vrij is van fossiele brandstoffen. De meest effectieve weg vooruit is, volgens hun simulaties, een combinatie van de elektrificatie van de industriële productie en het agressief ontwerpen van gebouwen om minder middelen te gebruiken.

De onderzoekers keken ook naar waar de grootste kansen liggen. Ze ontdekten dat de vloerplaten en muren van appartementengebouwen de grootste consumenten van beton zijn, wat suggereert dat het veranderen van de manier waarop specife delen van deze gebouwen worden gebouwd, de grootste besparingen kan opleveren. Ze merkten op dat hoewel de technologie bestaat om deze veranderingen door te voeren, de werkelijke barrière vaak de manier waarop de industrie werkt is. Beslissingen over wat er gebouwd wordt en hoe dat gebouwd wordt, worden vaak in silo's genomen, waarbij architecten, ingenieurs en bouwers niet vroeg genoeg samenwerken om de meest efficiënte oplossingen te vinden. De studie suggereert dat het bereiken van deze klimaatdoelen een cultuuromslag vereist, waarbij de gehele waardeketen samenwerkt om prioriteit te geven aan koolstofarme keuzes vanaf de allereerste schets van een gebouw.

Uiteindelijk schetst het artikel een duidelijk beeld van een sector die op de drempel staat van een noodzakelijke transformatie. De instrumenten om de CO2-voetafdruk van Zweedse gebouwen drastisch te verkleinen zijn al beschikbaar. De simulaties laten zien dat een reductie van 90 procent in de bouwemissies technisch mogelijk is. De studie concludeert echter dat deze instrumenten alleen niet genoeg zijn om het volledige klimaatpuzzelstuk van de bouwsector op te lossen. Zonder diepere veranderingen in consumptiepatronen en een gelijktijdige decarbonisatie van het energiesysteem dat onze huizen van stroom voorziet, zal het doel van een volledig klimaatneutrale gebouwvoorraad buiten bereik blijven. De weg vooruit vereist niet alleen betere technologie, maar ook een gecoördineerde inspanning om minder materiaal te gebruiken, slimmer te bouwen en ons leven te voorzien van schone energie.