Over the last two decades, sustainability has matured to become a societal imperative and is at the forefront of UK government policy and industry strategy. For example, the Strategy for Sustainable Construction (BERR, 2008) and Low Carbon Construction (BIS, 2012) reports have focused on encouraging more sustainable construction through reductions in energy, water and resource use. In response to such demands, the UK precast concrete industry developed a sector sustainability strategy and subsequently chose to continue activities in this area through an Engineering Doctorate (EngD) research project. The project focused on the scope for applying the principles of product stewardship (PS) as a means to mitigate environmental impacts associated with precast products, throughout the entire life-cycle of their use. Numerous PS schemes have been adopted in other industrial sectors, such as chemicals, electronics and product manufacture. One of the distinguishing features of PS is that multiple stakeholders need to take responsibility for their ‘share' of environmental impacts, and that life-cycle thinking should pervade the value chain. Hence, through PS, the precast industry might be able to address not only the impacts within cradle-to-gate phases, but also develop a framework to positively act on broader, cradle-to-grave impacts. The aim of this research was to develop a framework for embedding the principles of PS more deeply into the precast industry, creating a novel pathway towards more sustainable construction. The research commenced with a literature review to understand the key sustainability issues affecting the industry, followed by an analysis and synthesis of industry key performance indicator (KPI) data from 2006–2012. Industry participation in the research was facilitated through a questionnaire survey and interviews with senior staff within UK precast businesses. Evidence of PS practices was found to exist within the industry through responsible sourcing schemes, implementation of Environmental Management Systems and through the mitigation of various specific impacts. However, the coordinated communication of such initiatives was found to be lacking and with the advent of new European standards around Environmental Product Declarations (EPD) for construction, it was decided that the precast industry would benefit from a sector-specific EPD framework to capture and communicate its PS credentials. An EPD framework and tool was therefore developed and validated through a focus group, to establish whether an EPD can be used successfully to deliver environmental information and refine an approach such that it would accord with the principles of PS. Further research and development arising from this research could focus on implementation and evaluation of the industry-specific EPD scheme, a mechanism to communicate and share life-cycle information amongst upstream and downstream stakeholders and a means through which stakeholder responsibility can be attributed and managed effectively. The key findings of this research have been presented in four peer–reviewed papers (one of which is in draft) which are presented in the Appendices.

abstract: High performing and sustainable building certification bodies continue to update their requirements, leading to scope modification of certifications, and an increasing number of viable sources of environmental information for building materials. In conjunction, the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) industry is seeing increasing demand for such environmental product information. The industry and certifications are moving from using single attribute environmental information about building materials to lifecycle based information to inform their design decisions. This dissertation seeks to understand the current practices, and then focus on strategies to effectively utilize newer sources of environmental product information in high performance building design. The first phase of research used a survey of 119 U.S.-based AEC practitioners experienced in certified sustainable building projects to understand how the numerous sources of environmental information are currently used in the building design process. The second phase asked two focus groups of experienced AEC professionals to develop a Message Sequence Chart (MSC) that documents the conceptual design process for a recently designed building. Then, the focus group participants integrated a new sustainability requirement for building materials, Environmental Product Declarations (EPDs), into their project, and documented the adjustments to their specific design process in a second, modified MSC highlighting potential drivers for inclusion of EPDs. Finally, the author examines the broader applicability of these drivers through case studies. Specifically, 19 certified high-performance building (HPB) case studies, for reviewing the impact of three different potential drivers on the design team’s approach to considering environmental product information during conceptual design of a HPB, as well as the projects certification level. LEED certification has changed the design of buildings, and the new information sources for building materials will inform the way the industry selects building materials. Meanwhile, these information sources will need to expand to include a growing number of products, and potentially more data as the industry’s understanding of the impacts of building materials develops. This research expands upon previous research on LEED certification to illustrates that owner engagement and commitment to the HPB process is a critical success factor for the use of environmental product information about building materials. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Civil, Environmental and Sustainable Engineering 2018

Global uppvärmning och klimatförändringar har enat världens länder och det arbetas hårt för att den globala temperaturökningen ska hållas under 2 °C. I EU har man satt som mål att vara klimatneutrala senast 2050 och i Sverige satte man ett ambitiöst mål på att uppnå nettonollutsläpp redan till 2045. I och med det satte även bygg- och anläggningsbranschen som mål att vara klimatneutrala till år 2045. För att nå målet måste alla aktörer i branschen ta sitt ansvar och hitta nya mer miljövänliga alternativ och lösningar. Syftet med denna studie var att sammanställa totala mängder och utsläppta koldioxidekvivalent för tio nyckelprodukter och material använda i tillbyggnaden i projektet Nya Krav Himmerfjärdsverket som utfördes av Veidekke Entreprenad AB. Dessutom att identifiera möjliga miljövänligare alternativ till dessa produkter för att till sist undersöka möjligheten av poängtagning i hållbarhetscertifieringen CEEQUAL i avsnitt 7.2.1, 7.2.3, 7.3.1 samt 7.3.2. Mängddata samlades in från upphandlade avtal, aktuella protokoll samt projektets samordningsmodell. GWP-data som användes som underlag för produkternas utsläpp insamlades från produktspecifika EPD:er. Resultaten fastslog att de produkter som var kopplade till störst utsläpp i projektet var betong, Multicem, betongpålar, armeringsjärn och prefabricerade betongelement. Det konstaterades att utsläppen kopplade till betong kunde minskas med upp till 26,7% genom användning av betong med iblandad flygaska. Utförda utsläppsbesparing i projektet beräknades till 2399 ton CO2e och möjliga utsläppsbesparingar för projektet beräknades till 750 ton CO2e. Jämfört med baseline-utsläpp uppnåddes en reducering på 32%. Totalt uppskattades poängtagning för CEEQUAL i avsnitten 7.2.1, 7.2.3, 7.3.1 samt 7.3.2 till mellan 66–125 poäng. Slutsatser som drogs ur studien var vikten av att redan från starten av bygg- och anläggningsprojekt börja tänka på miljö- och hållbarhetsfrågor och däribland produkt- och materialval. / Global warming and climate change have united the world. There is ongoing hard work to keep global temperature rise below 2 ° C. In the EU, the goal has been to be climate neutral by 2050 and, in Sweden, an ambitious goal has been set to achieve net-zero emissions by 2045. Because of this, the construction industry has also set a goal of being climate neutral by 2045. To achieve the goal all players in the industry must take their responsibility and find new, more environmentally friendly alternatives and solutions. The purpose of this study was to compile total amounts and emitted carbon dioxide equivalent for ten key products and materials used in the new extension of the Nya Krav Himmerfjärdsverket project carried out by Veidekke Entreprenad AB. Also, to identify more environmentally friendly alternatives to these products. Finally, the study investigated the possibility of scoring in sustainability certification CEEQUAL in sections 7.2.1, 7.2.3, 7.3.1 and 7.3.2. Quantity data was collected from procured agreements, current protocols, and the project's coordination model. GWP data was used as the basis for product emissions and were collected from product-specific EPDs.The results stated that the products that were linked to the largest emissions in the project were concrete, Multicem, concrete piles, rebar, and prefabricated concrete elements. It was found that emissions linked to concrete could be reduced by up to 26.7% using concrete with fly ash. Emissions savings that had been made in the project were estimated at 2399 tonnes of CO2e and possible emission savings for the project were estimated at 750 tonnes of CO2e. Compared to the baseline emissions, a total reduction of 32% was achieved. In total, scoring for CEEQUAL in sections 7.2.1, 7.2.3, 7.3.1 and 7.3.2 was estimated at between 66–125 points. Conclusions drawn from the study were the importance of starting to think about environmental and sustainability issues, including product and material choices, right from the start of construction and infrastructure projects.

In abstract, it can be emphasized that the concrete industry influences and is significant based on the sustainability dimensions. The concrete industry is also an industry where actors with different backgrounds interact to achieve the different climate goals. To achieve the climate goals, climate-neutral and energy-smart concrete production is a major step that actor in the concrete industry want to fulfill and take. One way to achieve or develop the concrete industry or operations is to raise and further develop the current competence that exists in the main areas of climate impact, concrete recycling, renewable energy, and sustainability. In the main areas, specific and concrete solutions and calculations have been identified and compiled to present guidelines and recommendations to achieve the purpose of the study. This study was carried out in collaboration with Skanska AB.  By analytically quantifying and comparing the theoretical energy flow in concrete factories compared to the practical, concrete production is a resource- and energy intensive manufacturing process. In general, the manufacturing process of concrete is simple, as concrete is a mixture of product cement, water, aggregate (stone and gravel) and additives. The manufacturing process of concrete and the material flow is designed and carried out in a concrete factory where the materials are mixed and assembled to produce quantities of concrete. Cleaning and flushing of the concrete trucks take place at concrete factories and is also resource and energy intensive. Climate-improved concrete is a concrete concept that concrete actors have been further developed and commercialized to reduce the climate impact of standard concrete, where additives from residual products from industrial processes replace parts of the initial amount of cement. To analyze and compare the development of Skanska's Green Concrete and how significant the concrete types are based on the sustainability dimensions the assessment of environmental impact has been analyzed. The analysis is based on the environmental product declarations EPD, the environmental impact unit ELU and the EPS (Environment Priority Strategies) system. Based on the study's delimitations, the focus is mainly on the production and manufacturing phase, which based on LCA means that LCA phases A1-A3 are in focus, where LCA phase A3 stands for the manufacturing process. Although the manufacturing process of concrete is resource- and energy-intensive, the manufacturing process A3 stands for the smallest climate impact in comparison with LCA phases A1 and A2, where LCA phase A1, which is the raw material supply, stands for the largest climate impact. During the winter period when the temperature decreases less than 5 degrees Celsius, the manufacturing process of concrete becomes resource and energy demanding. The reason is because concrete is a temperature-sensitive material, whose properties vary and deteriorate at incorrect temperatures. In connection with concrete produced in concrete factories, a traditional heating system is used only during the winter period, which produces amounts of carbon dioxide through the combustion process of fuel oil. The purpose of the heating system and boiler is to heat an amount of water and aggregate, which is an energy-intensive process required only in the winter period because the outdoor temperature is not sufficient for concrete production. During the winter period, the manufactured concrete risks deteriorating the concrete characteristics, where the concrete can have a low formability and compressive strength. Purchased electricity from the electricity grid is also used or consumed in connection with heating processes, manufacturing processes or other sub-processes required for cleaning and flushing of concrete trucks. Based on this study’s result, the concrete factory in the Stockholm area consumes just over 16 kWh/m^3 during winter production. The results of this study consist of a compilation of results of Skanska's various environmental product declarations to emphasize how significant concrete production is based on the sustainability dimensions. Based on the result compilation of the ELU values, the manufacturing process (A3) - and the production of concrete (A1-A3) have the most significant impact on the ELU aspects YOLL and Cradle to gate GHG index. Based on Skanska's Green concrete types and the industry's reference concrete, the difference between the concrete types is 137 kg CO2 equivalent for Green Wall Concrete, 95 kg CO2 equivalent for Green Floor Concrete and 52 kg CO2 equivalent for Green Garage Concrete.  The cost analysis and assessment of potential and identified recycling- and energy systems is another part of the result, where the Circulus system is an identified recycling system, while solar cells and batteries connected to the electricity grid are an identified energy system. The purpose of the recycling system is to carry out circular concrete production, and in connection with the observations and interviews carried out, the design of recycling processes will be achieved through the implementation of the innovative recycling system. The recycling system Circulus, which is a combination of two products from the company’s Mapei and Allu, is a present example of how the concrete industry's transition to circular concrete production is to be achieved. Based on the cost assessment of the Circulus system, the total cost, including investment and maintenance costs, has been calculated at just over 1 250 000 SEK. Based on the concrete factory in the Stockholm area's handling of recycled concrete and the C3C-blocks, a payback period of 9 years has been calculated.  Regarding the energy system, the purpose is to present a new renewable energy source to the concrete plant and optimize the use of the energy system to minimize the costs of purchasing electricity from the electricity grid. Based on a sensitivity analysis of different optimization cases, an energy system of varying solar cell and battery sizes connected to the electricity grid is the most profitable structure of an energy system. The energy system with the solar cell power of 165 kW and the battery size of 330 kWh has a net cost of just over SEK 294 000, where the cost of buying electricity is just over SEK 373 000, and the income from selling electricity is just over SEK 72 000. Regardless of the energy system's structure or the construction of solar cells with or without a battery, the energy system's system operating costs will always be less than the cost of purchased electricity in 2021. In connection with electricity being the energy carrier in concrete factories, the use and implementation of solar cells is a long-term sustainable energy solution. / Sammanfattningsvis kan det betonas att betongbranschen är en bransch som påverkas och är betydande utifrån hållbarhetsdimensionerna. Betongbranschen är en bransch där aktörer med olika bakgrunder samspelar för att uppnå de skilda klimatmålen. För att uppnå klimatmålen är klimatneutral- och energismartbetongtillverkning ett stort steg aktörer inom betongbranschen vill uppfylla och ta. Ett sätt att uppnå eller utveckla betongbranschen eller betongverksamheter är att lyfta upp och viderutveckla den nuvarande kompetensen som existerar inom huvudområdena klimatpåverkan, återvinning, förnybar energi och hållbarhet. Inom huvudområdena har specifika och konkreta lösningar och beräkningar identifierats samt sammanställts i syfte att framföra riktlinjer och rekommendationer för att uppnå studiens syfte. Denna studie är genomförd i samarbete med Skanska AB.  Genom att analytisk kvantifiera och jämföra det teoretiska energiflödet i betongfabriker gentemot det praktiska är betongtillverkningen en resurs- och energikrävande tillverkningsprocess. Generellt sätt är tillverkningsprocessen av betong simpel, då betong är en sammanblandad produkt av cement, vatten, ballast (sten och grus) och tillsatsmedel. Tillverkningsprocessen av betong samt materialflödet är utformat och genomförs i en betongfabrik där man blandar materialen för att framställa betongmängder. Rengöring- och spolning av betonglastbilarna sker på betongfabriker och är resurs samt energikrävande.   Klimatförbättrad betong är ett koncept som betongaktörer har viderutvecklats och kommersialiserat för att reducera klimatpåverkan standardbetong, där tillsatsmaterial av restprodukter från industriprocesser ersätter delar av den initiala cementmängden. För att analysera och jämföra utvecklingen av Skanskas Grön betong och hur betydande betongtyperna är utifrån hållbarhets dimensionerna har bedömandet av miljöpåverkan analyserat utifrån miljövarudeklarationerna EPD, miljöbelastningsenheten ELU samt EPS (Environment Priority Strategies) systemet. Baserat på studiens avgränsningar är fokuset främst på produktion- och tillverkningsfasen, vilket utifrån LCA innebär att LCA faserna A1-A3 är i fokus, där LCA fasen A3 står för tillverkningsprocessen. Även om tillverkningsprocessen av betong är resurs- och energikrävande står tillverkningsprocessen A3 för den minsta klimatpåverkan. I förhållande till resterande LCA faserna A1 och A2 står LCA fasen A1 för den största klimatpåverkan, vilket står för råvaruförsörjningen. Under vinterperioden då temperaturen minskar mindre än 5 grader Celsius blir tillverkningsprocessen av betong resurs- och energikrävande, eftersom betong är ett temperaturkänsligt material vars egenskaper varierar samt försämras vid felaktiga temperaturer. I samband med betong som tillverkas i betongfabriker används ett traditionellt uppvärmningssystem endast under vinterperioden. Det traditionella uppvärmningssystemet framställer mängder av koldioxid genom förbränningsprocessen av eldningsolja. Syftet med uppvärmningssystemet och värmepannan är att uppvärma vatten- och ballast mängder, eftersom under vinterperioden är utomhustemperaturen inte tillräcklig för betongtillverkning. Under vinterperioden riskerar den tillverkade betongen att betongegenskapernas försämras, då betongen kan få en låg formbarhet och tryckhållfasthet. Även köpt elektricitet från elnätet används eller förbrukas i samband med uppvärmningsprocesser, tillverkningsprocesser eller andra delprocesser som krävs för exempelvis rengöring- och spolning av betonglastbilar. Utifrån det beräknande resultatet förbrukar betongfabriken i Stockholmsområdet drygt 16 kWh/m^3 vid vintertillverkning.  Resultatet i denna studie består av resultatsammanställning av Skanskas olika miljövarudeklarationerna för att betona hur betydande betongtillverkningen är utifrån hållbarhetsdimensionerna. Baserat på resultatsammanställningen av ELU värdena har verksamhetens tillverkning (A3) och produktionen av betong (A1-A3) den mest betydande påverkan på ELU aspekterna YOLL och Cradle to gate GHG index. Baserat på Skanskas Gröna betongtyper och branschens referensbetong är skillnaden mellan betongtyperna 137 kg CO2 -ekv för Grön Väggbetong, 95 kg CO2 -ekv för Grön Bjälklagsbetong och 52 kg CO2 -ekv för Grön Garagebetong. Kostnadsanalys och bedömning av potentiella samt identifierade återvinning- och energisystem är en annan del av resultatet, där Circulus systemet är ett identifierad återvinningssystemet, medan solceller och batteri sammankopplad med elnätet är ett identifierad energisystem. Syftet med återvinningssystemet är att framföra cirkulärbetongtillverkning. I samband med de genomförda observationerna och intervjun ska utformningen av återvinningsprocesser uppnås genom implementering av innovativa återvinningssystemet. Återvinningssystemet Circulus systemet som är en kombination av två produkter från Mapei samt Allu och är ett föreliggande exempel på hur betongbranschens omställning till cirkulärbetongtillverkning ska uppnå. Utifrån kostnadsbedömningen av Circulus systemet har den totala kostnaden inklusive investering- och underhåll kostnaden beräknats till drygt 1 250 000 kronor. Baserat på betongfabriken i Stockholmsområdets hantering av returbetong och C3C-blocken har en återbetalningstid på 9 år beräknats.  Vad gäller energisystemet är syftet att framföra en ny förnybar energikälla till betongfabriken och optimera användandet av energisystemet för att minimera kostnaderna av att köpa elektricitet från elnätet. Baserat på en känslighetsanalys av olika optimeringsfall är ett energisystem av varierande solcell- och batteristorlekar sammankopplad med elnätet den lönsammaste uppbyggnaden av ett energisystem. Ett energisystem med solcellseffekten på 165 kW och batteristorleken på 330 kWh har en nettokostnad på drygt 294 000 kronor, där kostnaden av att köpa elektricitet är drygt 373 000 kronor, och intäkterna av att sälja elektricitet är drygt 72 000 kronor. Oavsett energisystemets struktur och uppbyggnad av solceller med eller utan batteri kommer energisystemets systemoperationskostnader alltid vara mindre än kostnaden för köpt elektricitet år 2021. I samband med att elektricitet är energibäraren i betongfabriker är användningen och implementering av solceller en långsiktig hållbar energilösning.