fredag, december 3, 2021

Annonsera/Prenumerera

spot_img

Cement och dess miljöpåverkan

Betong är ett material som är väsentlig för infrastrukturen. Samhället kommer även behöva bygga mer för att anpassa sig till bland annat behovet av bostäder i städerna. Dilemmat är att betong är nödvändigt för att bygga upp samhället, men är samtidigt inte hållbart med tanke på cementens produktion.

Befolkningstillväxten och urbaniseringen som skett under de senaste årtiondena har lett till en ökad efterfråga på bostäder. För att kunna tillfredsställa efterfrågan på infrastrukturen i städer så måste fler bostäder byggas och vägar underhållas för att upprätthålla nivån på infrastrukturen. Trots att cement är en av de vanligaste byggmaterialen är det en av de minst kända materialen med en betydlig miljöpåverkan.

Statistik från SCB år 2015 visar att 85% av Sveriges befolkning bodde i städer år 2010. En annan rapport från SCB år 2019 visar att det är vanligare att barn bor i storstäder och att fler barn väntas bo i storstäder eller orter nära storstäder de närmaste 10 åren enligt deras befolkningsprognos. Under 20-talet är det möjligt att andelen barn och ungdomar minskar.

Oavsett minskningen är boende för unga idag ett problem som återstår. Sverige har även haft en invandring under 10-talet som i sin tur höjer efterfrågan på bostäder. Det är här cement och betong kommer in.

Cement och betong är de mest använda materialen som inte förekommer naturligt. På grund av deras användning resulterar produktionen av cement och betong i utsläpp av växthusgaser och belastar resurser, genom t.ex. vattenförbrukning. Eftersom urbaniseringen, i samband med befolkningstillväxten i och nära städer, antas få efterfrågan på cement och betong att stiga över de kommande 50-100 åren blir det viktigare att se över konsekvenserna, enligt en rapport publicerad i nature. En effektiv strategi för att minska utsläppen är att försöka göra produktionen mer miljövänlig och undersöka hur byggande kan göras mer miljövänligt. Rapporten uppger vidare att flera åtgärder tillsammans kan ha en avgörande betydelse och reducera växthusgaser med upp till 50% och att det finns möjlighet att balansera användningen av cement, betong och hållbarhet.

Att ersätta en hög andel av cementen med andra material det kommande årtiondet är inte möjligt. Det är inte miljöpåverkan hos cementen i sig som är skadlig (cement och betong har ett relativt litet koldioxidavtryck om man ser till volymenheten), men det är produktionen där stora mängder används som gör skillnaden avgörande. Koldioxidutsläppen kan minska efterhand som flera försök att hindra miljöpåverkan tillämpas utan några nya investeringar i infrastruktur, men forskning behövs för hållbart byggande efter år 2050.

Betong består av cement, sand, grus och vatten och bygger upp infrastrukturen och den grundläggande samhällsstrukturen på olika sätt. Materialet ingår bland annat i vatten- och avloppssystem och byggnader. Cement fungerar som ett klister som binder samman sand och grus i betong och motsvarar drygt 10% av dess massa. Betong produceras i en takt som kan jämföras med den globala matproduktionen. Cementanvändningen under de senaste 65 åren har ökat 10 gånger så mycket, vilket är mer jämfört med produktionen av stål och timmer som har ökat med tre gånger respektive hållit sig på en konstant nivå under samma tidsperiod. Cement stod för 36% av koldioxiden som släpptes ut av byggarbete år 2010 (det totala utsläppet motsvarade 7,7 Gt), medan stål stod för 25%, plast för 8% och aluminium för ca 4%. Av andelen cement som används ingår bara hälften i betong, men eftersom betong behövs för att grunda det moderna samhället så innebär detta en väsentlig del av de globala koldioxidutsläppen från byggindustrins sida. Betongen kommer även att behövas på olika håll i världen, främst i Afrika och Asien, för att skapa boenden till en växande och migrerande befolkning (urbanisering driver folk mot städer i mindre utvecklade länder).

Förutom utsläpp av växthusgaser är även partiklar, damm och kvicksilver associerade med betongproduktionen. Energikonsumtion och vattenförbrukning är även andra problem som uppstår under produktionen av betong. Trots detta har man inte lyckats hitta en ersättare till cement, eftersom cementtillverkning och betongproduktion sker så frekvent.

Cementet som artikeln i nature har undersökt består av oxiderna CaO, SiO2, Al2O3 och Fe2O3. Dessa uppkommer från material som kalksten och lera, och i vissa fall fall även bauxit och sand. Efter en upphettningsprocess och ett par reaktioner senare uppstår cementklinker, dvs olika variationer av blandningar som C3S, C2S, C3A och C3A4. Klinker blandas sedan med cement, sand, grus, vatten och andra kemiska blandningar för att hålla ihop materialet och kan sedan skickas vidare i påsar till diverse byggarbetsplatser, där det även kan blandas ihop på plats. Som åtgärder för att förbättra miljön kan avfall eller kvarvarande rester från byggarbetsplatser och rivningsprojekt användas under olika steg i processen. Processen är svårare att överblicka vid exempelvis byggnadsarbete, då innehållet blandas på plats, men man borde arbeta med olika sorters lösningar.

10 miljarder kubikmeter betong produceras varje år och betongen måste fyllas ut med sand och grus. Efterfrågan på material har lett till oro kring regionala brister, eftersom en hel del material krävs för betongproduktionen. Mellan 1900 och 2000 har efterfrågan på krossat sten, sand och grus ökat från ca 40% till ca 75%, tre gånger vikten av andra råvaror som människor använder. Även om sand och grus finns i överflöd på jorden undviks transport över långa sträckor, vilket gör det mer sparsamt. Detta medför också att ett behov av att bygga i städer kommer att leda till en ökad påfrestning på dessa resurser i specifika områden utanför städerna, eftersom sand och grus inte kan utgrävas i eller nära städer. I länder med inte lika restriktiva miljölagar kan överextraktion skada ekosystem och den biologiska mångfalden, som i sin tur påverkar människor. Skador på ekosystemet sker oftast på grund av dålig hantering av resursen. För detta måste man införa förändringar i hur landområden används och lagstiftningarna borde inte ha fokus på tillgängligheten till dessa.

Även om sand och grus kan räknas som viktiga resurser så är det möjligt att reducera betongproduktionens inverkan på ekosystem genom att använda andra lokala resurser och tidigare oanvända källor till grus och sand. Till oanvända källor räknas material som blir över efter en ny konstruktion. Istället för att slängas kan resterna sparas och transporteras tillbaka till fabriken där sand och grus kan framställas genom att materialet tvättas med vatten. Mineraloljor i restmaterialet kan användas till lerbaserad konstruktion. Resterna kan på så vis minska påfrestningen på resurserna. Lagstiftningar som reglerar detta och märkning av en mer hållbar produktion hjälper också.

Miljöproblem associerade med betongproduktionen orsakas av utsläpp av växthusgaser. Framställning av cement står för 36% av alla utsläpp relaterade till byggindustrin och 8% av den totala koldioxidutsläppet framkallat av mänsklig aktivitet. Detta motsvarar ca 300 kg koldioxid per capita. Åtminstone 70% av alla utsläpp av växthusgaser med koppling till betongproduktionen är kopplade till cementtillverkningen. En övervägande del av dessa utsläpp hör i sin tur ihop med framställningen av cementklinker. Under det första stadiet av framställningen krävs mycket energi, vilket kan minskas genom mindre energikrävande ändringar. Istället för att förlita sig på förbränning för att få kalciumoxid och koldioxid kan man ändra processen och få kalcium att bildas tidigare. Detta hade minskat utsläppen med två tredjedelar. Koldioxidutsläppet under själva tillverkningsprocessen kan till viss mån hämmas men man bör arbeta med för att förbättra tekniken om man ska kunna se någon skillnad. Konstruktionen kommer att nå en höjd under kommande årtioenden och det förblir vitkigt att reducera all miljöpåverkan av betong.

För att minska utsläppen måste man ta hänsyn till alla produktionssteg som cementklinker, cementproduktion, cementanvänding i betong eller cementanvändning inom konstruktion, desginstrukturer och användningen av dessa. Det finns lösningar på både kortare och längre sikt som framkommer i rapporten, som även nämner att det är viktigt att ta hänsyn till alla steg med tanke på koldioxidavtrycket. Vissa av lösningarna kräver inte tillgång på ny teknik.

Kortsiktiga lösningar:
Värme tar upp en stor del av energikonsumtionen. För att lösa problemet kan man antingen återvinna värme genom att leda värmen som utstrålar (restvärmen) tillbaka till upphettningen eller skapa värme genom återanvänd material (när exempelvis återvunna däck eldas upp). Restmaterial med ursprung från fossila bränslen är inte koldioxidneutrala, men minimerar produktionens koldioxidpåverkan och minskar giftiga utsöndringar. En framtida reduktion av koldioxid väntas minska. Istället för att använda kalksten kan man även använda andra kalciumkällor under produktionen.

Cementproduktionen kan även göras mer effektiv med alternativa material, utan uppvärming för att minska energiförluster och energikonsumtionen. Cementet kan även fyllas mer med andra ämnen (restprodukter) så att dessa motsvarar 30-50% av cementet och inte drygt 15%. Om detta inte funkar kan man använda lera. Om detta görs kan koldioxidutsläppen sjunka med 15-30% globalt.

Man kan även göra byggande mer effektivt. Andelen restprodukter som uppkommer vid betonganvändning vid byggnadsarbete kan vara motsvarande 50-100% av betongens massa som användes för byggnaden. Andelen som går åt är även högre om cement säljs separat i påsar. Man bör även undvika att fatta beslut under byggnadsprocessen, då detta kan leda till ineffektivtitet i cementanvändningen.

Långsiktiga lösningar:
Det kommer att bli nödvändigt för samhället att fortsätta använda betong för infrastrukturen. En hållbar betongframställning kommer att kräva tid för utveckling och mer forskning. Det finns flera sätt att reducera utsläppen långsiktigt. Vissa saker man kan göra är att använda alternativ till cement trots att detta ifrågasätts till viss grad eftersom det finns tekniska och ekonomiska begränsningar. Exempelvis kan aluminiumoxid ersätta cement, men på grund av en begränsad tillgång till bauxit kan denna förändring inte stå för hela substitutionen.

Alkaliaktiverad cement har föreslagits som alternativ. Tillgången till akaliska aktivatorer är inte lika begränsad som i föregående fall. Salter som natriumkarbonat kan användas i produktionen av alternativa alkali-cement. Magnesiumbaserade cement, vilka baserar sig på magnesiumkarbonater eller oxider, kräver inte att kalksten används och hade även reducerat förekomsten av koldioxid under produktionen. Dessvärre krävs det en mer avancerad teknik för att det ska kunna införas. Rapporten nämner vidare flera lösningar som hade kunnat förändra koldioxidhalten under produktionsstegen.

Mer konkret, vad innebär detta för planeten?

The Guardian skriver i en artikel att om cement hade varit ett land, hade det stått för världens tredje största koldioxidutsläpp, efter Kina och USA med 2,8 miljarder ton koldioxid. Cement är även det mest använda ämnet efter vatten. Vi kan t.o.m ha passerat gränsen där betong väger mer än koldioxiden i varje träd på planeten.

Problemet med betong är att det är framställt för att vara långvarigt och bryts ned extremt långsamt. Därmed försvåras situationen, för att materialet är det grundläggande materialet som bygger upp samhället och dessutom tåligt oavsett väder. Om man blandar betong med stål får man fram en mängd användningsområden (bland annat bygger materialet upp elnätverk). Betongens uthållighet kan vara en nackdel, exempelvis under en storm. Som exempel lyfts stormen Katrina i New Orleans och Houston i USA där regnet inte kunde sugas upp av marken och stadens gator inte kunde tömmas på vatten pga det omfattande regnet.

Om man tar hänsyn till produktionen så står betongen för cirka 4-8% av världens koldioxid och bara kol, olja och bensin går om materialet. Betong står för en tiondel av vattnet som förbrukas inom industrisektorn. Detta blir en påfrestning för områden där vattnet knappt räcker till dricksvatten och till agrikulturen, eftersom cirka 75% av produktionen inträffar i dessa regioner. Betong värmer även upp storstäder genom att inte tillåta värmen från solen att komma ut och att den istället värmer städer. Ett annat miljöproblem är att cementfabriker ofta ger upphov till nya utsläpp, som transporten av materialet till och från platserna. Även sandinsamlingen som i vissa fall drivs av grovt kriminella gäng och förstör stränder är skadlig.

Betongen – den nya plasten?

All plast som har producerats över de senaste 60 åren motsvarar drygt 8 miljarder ton. Cementindustrin tillverkar mer än det vartannat år, men har fram tills idag inte varit någonting oroväckande. Till skillnad från plast kan man inte öppet se någon nedskräpning med betong. Inga rester i djurs och fåglars kroppar och spår i människors blod har observerats och betong kommer inte från fossila bränslen. Däremot tar betong inte vägen någonstans, vilket kan vara problematiskt i sig när stora landytor täcks med betong.

Ur hälsosynpunkt kan det orsaka olika andningsproblem. Vid byggarbetsplatser blåser vinden med sig partiklar från platsen. Ytterligare studier gjorda år 2015 vid de 19 största byggarbetsplatserna i Indien har funnit att luftkvalitén vid byggarbetsplatser överskred de hälsoofarliga halterna med minst tre gånger. Dammen från platserna förväntas även utgöra 10% av partiklarna som bidrar till luftföroreningen i Delhi. Detta överensstämmer med föregående artikel, som beskriver att det finns en koppling mellan cementtillverkning och skadliga partiklar i luften. I synnerhet har man lyft fram att de mindre partiklarna (mindre än 2,5 mikrometer i diameter till 10 mikrometer i diameter) orsakar konsekvenser som andningsproblem, lungsjukdomar, lungcancer och hjärtinfarkt. En del av dessa partiklar kan orsakas av utsläpp från kväveoxider och svaveloxider under framställningen av cementdelar, som kan orsaka ännu fler konsekvenser för människors hälsa. Moderna filtreringssystem hjälper till att fånga in dessa partiklar och reducera utsläppen av dessa. Dammet från en viss tillverkningsprocess skulle i vissa fall kunna sugas upp och återanvändas i produktionen längre fram. Effektiviteten hos filtreringssystem och uppsugningssystem är hög.

Det är därmed viktigt att reglera utsläppen av partiklarna i luften eftersom dessa kan orsaka olika problem. Undersökningen i den föregående rapporten gjordes i Zambia, där koncentrationen av partiklarna med en diameter på 2,5 mikrometer var fem gånger till tio gånger högre än de tidigare uppmätta i övriga områden kring cementfabriken (ca 1 km från den). Sedan jämfördes mätningarna med mätningar som genomfördes på en plats 18 km från området i närheten av fabriken. Undersökningen kom fram till att det var tre gånger vanligare med olika andningsproblem (som hosta, förekomst av slem, akut och kronisk bronkit och irritation i näsan) på ett avstånd på 1 km till fabriken än ett avstånd på 18 km från fabriken. Detta förekom trots att bostadsområden med liknande socioekonomisk bakgrund jämfördes. Genom att implementera olika tekniska lösningar kan luftkvalitén förbättras.

Vad kan vi lära oss av detta?

Problemet måste uppmärksammas för att byggbranschen ska arbeta med konkreta lösningar för att hindra den globala uppvärmningen i så stor utsträckning som möjligt. Det är möjligt att framställa betong på ett mer hållbart sätt jämfört med hur det framställs idag. Av denna anledning borde samhällsplanerare samarbeta med byggindustrin och andra myndigheter som ansvarar för infrastruktur som vägar och vattenrör för att verkligen se över tillverkningen av betong och cementproduktionen samt transporten av cement.

Bianca M. – Info Express
hello@infoexpress

Källor:
“Urbanisering – från land till stad”, SCB
“Fler barn bor i storstäder i framtiden”, SCB
“Environmental impacts and decarbonization strategies in the cement and concrete industry”, Nature reviews Earth & environment
“Concrete: The most destructive material on Earth”, The Guardian

- Annons -

Latest Articles