door Gijs Bruggink, Guus Degen, Lex van Ewijk en Ralf van Tongeren

De hedendaagse bouwtechniek maakt het mogelijk om zowat alles te bouwen met materialen die carbon uit de lucht halen. We maken constructies van hout, isoleren met natuurlijke vezels en de keuzes voor biobased afwerkingen zijn talrijk. Zelfs met beton zet men heel langzaam stappen. Dat zal ook moeten want CO2 opslag of ‘embodied carbon’ weegt zwaar in de strijd tegen klimaatverandering en de gebouwde omgeving kan op die manier van oorzaak omslaan naar een oplossing.

Carbon-negatieve gebouwen zijn een belangrijke eerste stap richting een regeneratieve bouwsector en voor de architect begint dat met het meetbaar en inzichtelijk maken van de CO2 opslag en uitstoot van het ontwerp. ORGA architecten Guus Degen, Lex van Ewijk en Ralf van Tongeren hebben in nauwe samenwerking met Design Express, leverancier van design software Vectorworks, een tool ontwikkeld die precies dat doet.

Nu is ORGA zeker niet de enige club die bezig is met CO2 opslag. Organisaties als Climate Cleanup en enkele constructeurs- en architectenbureaus zetten reeds een dergelijke tool in elkaar. De aanpakken verschillen echter en om die reden leggen we even uit welke methoden wij gehanteerd hebben. Zo is het helder en transparant voor alle geïnteresseerden, kan men er indien nodig iets van opsteken én bieden we inzicht hoe onze uitkomsten zich verhouden met die uit andere rekentools.

Aanpak

Wat is ‘embodied carbon’ nu precies? De een spreekt over puur de Construction Stored Carbon (CSC): de koolstof die opgesloten zit in de materialen waarmee je bouwt. De ander kijkt veel breder en neemt de grondstofwinning, productie, transport, montage en het verwijderen na gebruik mee. De impact van een ontwerp meten begint met het kijken naar de levenscyclusanalyse (LCA) van een gebouw en in welke fasen deze is ingedeeld.

Lca En De Orga Carbon Tool V2
Het materiaalgebruik over de volledige levensduur van een gebouw, ingedeeld in fases. Voor optimale circulariteit hoort een projectteam naar ‘cradle to cradle’ te kijken en dus ook na te denken over wat er gebeurt met materialen na gebruik in een gebouw.

In onze rekentool wordt van de complete levensduur van een gebouw alleen het gedeelte ‘cradle to completion’ meegenomen. We kijken dus naar de carbon impact vanaf het moment dat de grondstoffen gewonnen of geoogst worden tot en met het opleveren van het gebouw. We hebben de rekentool in de eerste plaats ontwikkeld om er voor te kunnen zorgen dat wij als architect het maximale doen. In fase A1 t/m A5 hebben we de meeste invloed op het gebouw via de keuze voor materialen of bouwmethodes en de manier waarop je ontwerpt. ​​Bovendien zegt de impact van de A fasen iets over de CO2 opslag nu, en valt zo een directe relatie te leggen met de klimaatambities van het Parijsakkoord.

Natuurlijk denken we als architect bij het ontwerpen ook uitvoerig na over de ‘operational carbon’ oftewel de impact die een gebouw heeft tijdens het gebruik. En dat geldt ook voor het einde van de levensduur. Maar dit is deels afhankelijk van externe factoren waar we geen directe invloed op hebben, laat staan het benodigde inzicht. Om diezelfde reden rekenen we ook alleen het bouwkundige deel van het gebouw mee. Installaties, leidingwerk en interieurinrichting vallen daar niet onder.

carbon opslag 002
Het Britse LETI netwerk onderzocht de mogelijkheden voor carbon neutraal bouwen in verschillende sectoren en daaruit bleek materiaalkeuze cruciaal. Afhankelijk van het type project werd 50-80% van de carbon impact veroorzaakt door de productfase (A1-A3)

Meten CO2 opslag

De cijfers over de carbon impact van onze projecten komen rechtstreeks uit het bouwkundige 3D model waarmee we een gebouw ontwerpen. De tool is zo ingericht dat er weinig handmatig werk aan te pas komt. Willen we een alternatief materiaal overwegen of verschillende ontwerpopties vergelijken, dan kunnen we nu met één druk op de knop de gevolgen voor de carbon impact zien. Zo kunnen onze architecten daar dus tijdens het ontwerpproces op sturen.

Producenten en brancheorganisaties van over de hele wereld gebruiken ‘Environmental Product Declaration’s (EPD’s) om inzicht te verschaffen in de milieu-impact van hun materialen of producten. Het voordeel van een wereldwijd systeem als EPD is dat er een grote hoeveelheid uniforme data is die het mogelijk maakt producten te vergelijken. In plaats van daar aansluiting bij te zoeken hebben we in Nederland helaas een eigen systeem bedacht met de Nationale Milieudatabase (NMD). De verschillen tussen NMD en EPD maken van het vergelijken van materialen en gebouwen een appels met peren verhaal. Bovendien wordt de opslag van carbon in biobased producten in de NMD niet meegeteld. Dat is niet alleen feitelijk onjuist maar wordt door velen ervaren als een directe rem op de ontwikkelingen.

Transport en bouw

De CO2e/m3’s uit de EPD geven een beeld van de impact die de materialen hebben. Het transporten van de materialen (A4) en het aanbrengen op de bouw (A5) zijn daarin echter nog niet meegeteld. Om deze te berekenen gebruiken we formules die afkomstig zijn uit de ‘Whole Life Carbon Assessment’ van het Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS) uit het Verenigd Koninkrijk.

  

carbon opslag 003
Om tijdsintensief handmatig invoeren te voorkomen worden de vijf bovenstaande types locaties met de daarbij horende uitstoot getallen gehanteerd. (Bron: RICS)

Het korte overzicht hierboven geeft een eerste beeld van hoe we tot onze cijfers komen. Voor de lezer die nieuwsgierig is naar de precieze rekenmethoden volgt hieronder in het kader een nadere uitleg. Mocht je dat liever voor een ander moment bewaren, dan kan je onder het kader verder lezen over het toepassen van de carbon rekentool in de praktijk en ideeën voor de toekomst.

Deep dive

De m3 aan materialen en producten uit ons bouwkundig model combineren we met de GWP (kgCO2e/m3) data die uit de EPD’s komt. Zo komen we tot de totale CO2 opslag minus uitstoot van het ontwerp. Om die vervolgens richting Paris Proof te rekenen delen we die uitkomst door het BVO. Dat resulteert in CO2e/m3, een algemeen geaccepteerde standaard om over klimaatimpact of ‘global warming potential’ (GWP) te praten.

‘Cradle to gate’ (A1-A3)
Dit eerste segment van de LCA kijkt vanaf het delven of oogsten van de grondstoffen tot aan de uitgang van de productiehal. Dat valt uiteen in drie fasen:

  • A1: Grondstofwinning, -verwerking en het verwerken van secundaire materialen (recycling processen) 
  • A2: Vervoer naar de productieplaats
  • A3: Productie

Deze gegevens komen van producenten, leveranciers of brancheverenigingen die de totale GWP vastleggen in EPD’s. Voordat deze in de databases worden opgenomen worden ze ‘third party verified’, getoetst door onafhankelijke onderzoeksbureaus. Vervolgens zijn ze vijf jaar geldig, waarna er een nieuwe ingediend moet worden. De totale GWP bestaat uit drie componenten:

  • GWP-fossil, (uitstoot)
  • GWP-biogenic, (opslag)
  • GWP-land use and land use change (luluc)

Voor het opzoeken van de EPD’s gebruiken we de twee grootste databases: die van het Institut Bauen und Umwelt (IBU) uit Duitsland en het Environdec International EPD System uit Zweden.

A4 Transport
Om de carbon impact van de productieplaats naar de bouwlocatie vast te stellen, hebben we dus de aanpak van het RICS overgenomen (specifiek de 1e editie van het rapport uit 2017). Zij gebruiken statistieken van de UK Government om tot conversiefactoren in CO2e/kg/km te komen voor transport over land met vrachtwagens en transport over zee met containerschepen.

De gebruikte formule is: hoeveelheid materiaal in kg x afstand in km x conversiefactor. Dat resulteert in een vijftal afstand categorieën. We hebben daar zelf een extra categorie aan toegevoegd die onderscheid maakt tussen twee sets Europese landen (zie afbeelding boven) omdat we in NL veel werken met materialen die wel uit Europa komen maar waarvoor niet steeds 1500km gereden hoeft te worden.

A5 Aanbrengen op de bouw
Ook hierin volgen we het RICS (2e editie uit 2020). De scope van A5 valt uiteen in vier onderdelen:

  • A5.1 Sloop van bestaande opstallen (indien sprake)
  • A5.2 Constructie, het verwerken van de producten op de bouwplaats

Hier wordt een gemiddelde van de Britse markt gehanteerd van 40 kg CO2 per vierkante meter gebruiksoppervlakte. 

  • A5.3 Afval en afvalverwerking

Grofweg ontstaat afval op de bouwplaats in twee vormen: verpakkingsmateriaal en snijverlies. Om dit te berekenen worden tevens gemiddelde percentages van de Britse markt gebruikt.

  • A5.4 Transport werknemers (optioneel)

Hoewel het van belang is om op alle vlakken te streven naar minimale impact is het goed om in het achterhoofd te houden dat zowel het transport naar als het aanbrengen op de bouw slechts een klein deel uitmaakt van de totale carbon impact.

Spiegel en transparantie

In de eerste plaats is het een ontwerptool die ons in staat stelt een spiegel voor te houden en bij de eigen projecten de CO2 opslag in beeld te brengen, te bespreken met het projectteam en daar ook echt op te sturen. Al in de Voorontwerpfase komen er cijfers uit het bouwkundig model rollen die aangeven wat de impact is van het gebouwvolume. Omdat er daarna nog allerlei keuzes gemaakt worden zijn deze niet heel specifiek, maar wel compleet genoeg om ontwerpvarianten te vergelijken qua dimensies, houtbouwmethode, type fundering, enz.

Hoe verder het bouwkundig model in de loop van de ontwerpfases wordt uitgewerkt, hoe meer de gemeten carbon concreter en specifieker wordt. Ten tijde van de vergunningsaanvraag is het model zo ver (LOD300 voor de BIM’ers onder ons) dat we de daadwerkelijke impact benaderen. Om de rekenmethode up-to-date te houden houden onze architecten een database bij waarin alle aannames, rekenformules en verzamelde EPD’s worden bijgehouden en worden bijgewerkt aan de hand van de laatste bevindingen.

Embodied Carbon Assisted Living Care Facility V2
Met behulp van de rekentool hebben we de carbon impact van de productiefase uitgerekend voor een van onze lopende projecten, een woonzorgcomplex van 3300 m2 BVO. De materialen in roodtinten zijn carbon positief en veroorzaken dus uitstoot van CO2. De materialen in groen zijn biobased en dus carbon negatief, omdat ze CO2 opslaan.

Verder hopen we met deze tool ook transparantie te bieden aan de bouwsector en te laten zien dat we met biobased bouwmethoden een cruciale stap richting regeneratief bouwen kunnen zetten. Voor ons is het geen nieuws, maar het doorrekenen van projecten legt de vinger telkens weer op dezelfde pijnlijke plek: grote delen van de uitstoot zijn afkomstig van de materialen die in installaties en fundering zitten. Daar valt echt nog enorm veel winst te boeken. Bijvoorbeeld door metalen in de installatie en leidingwerk te vervangen voor bioplastics. Of door vaker natuurlijk te ventileren waardoor de systemen kleiner gedimensioneerd kunnen worden. Wat betreft de betonnen fundering is het zeer de moeite waard om naar alternatieven te zoeken met minder cement of een andere wapening dan metaal.

CO2 opslag als onderdeel van regeneratief ontwerpen

Bij ORGA zullen we de komende tijd verder kijken dan alleen carbon en de bredere impact van materialen gaan meten, zoals bijvoorbeeld het effect op de verzuring van de oceanen, vermesting van oppervlaktewater en het verminderen van de ozonlaag. Daarnaast merken we een enorme groei in het aanbod van biobased materialen en ligt er voor ons een uitdaging om die producten te selecteren die zowel bouwkundig voldoende presteren als daadwerkelijk regeneratief zijn. Ook in de biobased sector ligt het gevaar voor tunnelvisie op de loer. Bijvoorbeeld bij het in monocultuur verbouwen van vezelgewassen: veel carbon opslag in het gebouw, maar wel een verlies aan biodiversiteit en nutriënten in de bodem.

CO2 reductie is een belangrijke stap richting de regeneratieve maatschappij en de inzichten zijn al relatief ver zodat we het vrij goed kunnen kwantificeren en vergelijken. Maar we mogen ons niet blind staren op slechts één element uit het complexe, levende systeem van natuur en klimaat. Willen we de planeet de kans geven om zich te herstellen, dan zullen we aan flink wat meer knoppen moeten draaien.