A significant share of the global climate change impacts can be attributed to the construction sector. One mitigation strategy is increasing the use of biobased materials. Life cycle assessment (LCA) has been used to demonstrate the benefits of this, but forest complexities create uncertainty due to omission of key aspects. The aim of this thesis is to enhance understanding of the effects of increasing use of biobased materials in climate change mitigation of construction works with a life cycle perspective. Non-traditional LCA methodology aspects were identified and the climate impact effects of increasing the use of biobased materials while accounting for these was studied. The method applied was dynamic LCA combined with forest carbon data under multi-approach scenarios. Diverse case studies (a building, a small road bridge and the Swedish building stock) were used. Most scenarios result in impact reductions from increasing the use of biobased materials in construction. The inclusion of non-traditional aspects affected the results, but not this outcome. Results show that the climate mitigation potential is maximized by simultaneously implementing other strategies (such as increased use of low-impact concrete). Biobased building materials should not be generalised as climate neutral because it depends on case-sensitive factors. Some of these factors depend on the modelling of the forest system (timing of tree growth, spatial level approach, forest land use baseline) or LCA modelling parameters (choice of the time horizon, end-of-life assumptions, service life). To decrease uncertainty, it is recommended to use at least one metric that allows assessment of emissions based on their timing and to use long-term time horizons. Practitioners should clearly state if and how non-traditional aspects are handled, and study several methodological settings. Technological changes should be accounted for when studying long-term climate impacts of building stocks. / Irreversibel global påverkan på klimat och miljö måste undvikas och olika strategier som begränsar klimatförändringarna kan utnyttjas för att hantera denna utmaning. En betydande andel av de globala utsläppen av växthusgaser kan hänföras till byggsektorn i allmänhet och cementproduktion i synnerhet, och begränsningsstrategier söker alternativ till fossil- och mineralbaserade resurser, med mindre påverkan, som exempelvis en ökad användning av biobaserade material i byggandet. Livscykelanalys (LCA) har använts för att demonstrera klimatnyttan av denna ökning, men skogens komplexiteter i samband med biogent koldioxid skapar osäkerhet i resultaten då de som genomför LCA-studier traditionellt utelämnar viktiga nyckelaspekter. Denna avhandling syftar till att öka förståelsen för effekterna av en ökad användning av biobaserade material för begränsning av byggandets klimatpåverkan i ett livscykelperspektiv. Forskningsfrågorna formulerades med fokus på att identifiera icke-traditionell LCA-metodik, samt att bedöma miljöeffekterna av en ökad användning av biobaserade material med redovisning av dessa aspekter på olika nivåer, gällande enstaka konstruktioner och byggnadsbeståndet som helhet. Den metodik som används är dynamisk LCA i kombination med data om skogskolbalans, med analyser av flera scenarier med olika metodologiska antaganden. Fallstudier med olika kännetecken användes, nämligen en byggnad, en bilvägsbro och en uppskattning av det svenska byggnadsbeståndet på lång sikt. Resultaten bekräftar att en ökad användning av biobaserade material minskar klimatpåverkan av byggandet – en tydlig majoritet av de scenarier som analyserats för alla fallstudier resulterar i sänkt klimatpåverkan. Införandet av icke-traditionella LCA-aspekter påverkar resultatet, men förändrar inte att en ökad användning av biobaserade material resulterar i lägre långsiktig och kumulativ klimatpåverkan. Resultaten visar också att den maximala klimatbegränsningspotentialen endast nås genom att samtidigt införa andra tekniska lösningar med lägre klimatpåverkan. När det gäller LCA-metodik visar resultaten att antagandet att biobaserade byggnadsmaterial är klimatneutrala är en överförenkling eftersom deras klimatpåverkan beror på fallspecifika faktorer och därför bör inga generaliseringar göras. Några av dessa klimatpåverkande faktorer beror på modellering av skogssystemet i en dynamisk LCA; såsom när skogstillväxten antas börja i förhållande till avverkningen, den geografiska upplösningen för att analysera de biogena kolflödena dvs. som ett avverkningsbestånd eller på landskapsnivå och vad utgångsläget sätts till vid analys av skogens markanvändning. Andra faktorer beror på LCA-modellering, nämligen valet av integrerad tidshorisont för beräkning av klimatpåverkan, det antagna scenariot för avfallshantering och lagringsperioden för det biogena kolet i tillverkade produkter. För att minska osäkerheten i bedömning av klimatpåverkan av biobaserade byggmaterial rekommenderas användning av minst en mätmetod som gör det möjligt att bedöma koldioxidutsläppen baserat på tidpunkten på dessa, samt att tillämpa mätvärden med långa tidsperspektiv. Redovisning av icke-traditionella aspekter har en betydande effekt på klimatpåverkan av biobaserade byggmaterial. Utförare av analyser rekommenderas därför även att redovisa hur dessa aspekter hanteras och att ställa upp flera olika scenarier och analysera dessa med flera olika metodologiska inställningar. Slutligen rekommenderas att ta hänsyn till den tekniska utvecklingen vid analyser av långsiktig klimatpåverkan av byggnadsbeståndet som genomförs med dynamiska värden för processer som äger rum i framtiden. / Para evitar impactos irreversibles a nivel global, es necesario mitigar el cambio climático. Una parte significativa de las emisiones globales de gases efecto invernadero puede atribuirse al sector de la construcción y la producción de cemento. Entretanto, se busca implementar estrategias de mitigación de bajo impacto, tal es el caso de incrementar el uso de materiales de origen forestal. El análisis de ciclo de vida (ACV) se aplica con frecuencia para demostrar los beneficios climáticos de este incremento, pero las complejidades relacionadas con el bosque y el carbono biogénico crean incertidumbre ya que los autores normalmente omiten ciertos aspectos clave. Esta tesis busca mejorar la comprensión de los efectos de un incremento en el uso de materiales de origen forestal en la mitigación del cambio climático en el sector de la construcción, bajo una perspectiva de ciclo de vida. Para ello se han formulado preguntas de investigación centradas en la identificación de los aspectos metodológicos no tradicionales del ACV que pueden afectar el resultado, así como en la evaluación de los efectos ambientales del aumento del uso de materiales biológicos en construcciones o en la construcción en existencia, mientras se toman en cuenta dichos aspectos. Los métodos aplicados incluyen el ACV dinámico en combinación con modelos del balance de carbón en el bosque, además del análisis de múltiples escenarios con diferentes configuraciones metodológicas y asunciones. Se utilizaron casos de estudio con diferentes características y sus respectivos productos equivalentes de referencia; un edificio, un puente para carretera pequeño y la construcción en existencia en Suecia a largo plazo. Los resultados confirman que el aumento del uso de materiales de origen forestal disminuye el impacto climático de la construcción, ya que la gran mayoría de los escenarios analizados para todos los casos de estudio resultan en reducciones del impacto climático. La inclusión de aspectos no tradicionales del ACV ha influido en los resultados, sin afectar el hecho de que incrementar el uso de material biológico se traduce en menores impactos climáticos acumulados a largo plazo. Los resultados también muestran que el potencial máximo de mitigación climática sólo se alcanza mediante la implementación simultánea de otras tecnologías de bajo impacto. En cuanto a la metodología del ACV, la tesis ilustra que la hipótesis de que los biomateriales de construcción son neutrales respecto a sus impactos climáticos es una simplificación excesiva, y demuestra también que los flujos de carbono biogénico deben ser tenidos en cuenta. El balance de carbono de los materiales de construcción de origen forestal depende de factores relacionados con el sistema forestal que son sensibles las circunstancias del caso de estudio; por lo que no deberían hacerse generalizaciones. De dichos factores, algunos dependen de los modelos usados para simular el sistema forestal; tales como la contabilización del punto temporal de ocurrencia de los flujos de carbono biogénico, la perspectiva espacial para medir estos flujos y la línea de base trazada para el sistema forestal. Otros factores dependen del modelo usado para el ACV, como la elección del horizonte temporal integrado para el cálculo del impacto, el escenario de disposición final y el período de almacenamiento del carbono biogénico en los productos. Para obtener conclusiones más robustas, se recomienda que los autores de estudios utilicen al menos un método adicional al GWP que les permita evaluar las emisiones de carbono basadas en el punto temporal de su ocurrencia, así como que se apliquen horizontes temporales a largo plazo en el uso de dichos métodos. Tener en cuenta los aspectos no tradicionales estudiados en esta tesis en estudios de ACV de materiales de construcción de origen forestal puede tener una influencia significativa en su impacto climático, por lo que se recomienda que los autores expongan claramente si estos aspectos se incluyen y cómo se incluyen. También se recomienda que se analicen múltiples escenarios con una variedad de configuraciones metodológicas alternativas. Por último, se recomienda tener en cuenta los cambios tecnológicos en los análisis a largo plazo de los impactos climáticos de la construcción en existencia, utilizando factores de impacto dinámico para los procesos que trascurran en el futuro. / <p>QC 20170517</p> / EnWoBio - Engineered Wood and Biobased Building Materials Laboratory

Nivåerna av växthusgaser i atmosfären har ökat drastiskt de senaste århundradet, till följd av mänsklig aktivitet. Det krävs en stor omställning för oss människor om klimatförändringarna ska motverkas och för att konsekvenserna för planeten inte ska bli allt för stora. Koldioxid är en av de viktigaste växthusgaserna och skogen är en viktig del i balansen av koldioxid i atmosfären genom att växter och träd binder in koldioxid och lagrar biogent kol i biomassan. Rundvirke kan användas för att producera en mängd olika produkter med olika användningsområden och varierande livslängd och det finns både globala och nationella mål som stödjer ett arbete för en minskad klimatpåverkan med skogens resurser som verktyg. Syftet med examensarbetet var att analysera inbindningen av biogent kol i det årliga tillskottet av träbaserade produkter från svensk skogsindustri, för att sedan undersöka potentialen att öka tiden för inbindning av det biogena kolet. FN:s klimatpanel (IPCC) har tagit fram en generell metod för att beräkna lagringen av kol i skördade träprodukter och beräkningarna bygger på tre produktkategorier, vilka är sågade trävaror, spånskivor och papper och kartong. Detta examensarbete har utvidgat FN:s klimatrapportering genom att studera totalt sexton produktkategorier. Flödet av biogent kol studerades genom en materialflödesanalys, som bygger på massbalans mellan ”inputs” och ”outputs” i ett system. Systemet studerades från det att råvara förbrukas till dess att produkterna går som avfall och förbränns. Statistik över råvaruförbrukning inom sågverksindustrin och massaindustrin, samt produktionsmängd av fibermassa och träbaserade produkter användes i analysen. En stor volym biomassa går dessutom direkt till förbränning och ger bioenergi. Resultatet visade att sågade trävaror från sågverksindustrin har längst medellivslängd och binder även in störst mängd biogent kol. Biobränslen har kortast medellivslängd, och koldioxid frigörs till atmosfären på mycket kortast tid. Enligt detta examensarbete innehåller träbaserade produkter från Sverige 29,0 miljoner ton koldioxid årligen. Tre strategier att förlänga inbindningstiden av biogent kol studerades, vilka är förlängd livslängd för produkter, kaskadanvändning och Bio-Energy with Carbon Capture and Storage (BECCS). Att förlänga livslängden för produkter innebär att återvinning av exempelvis cellulosabaserade textilier införs. Kaskadanvändning innebär att skogsindustrin primärt ska producera långlivade produkter och undvika att biomassa direkt går till förbränning. BECCS bygger på att träden binder in kol i sin biomassa och när en träbaserad produkt förbränns pressas frigjord koldioxid ned i marken och lagras. BECCS bedöms vara den strategi som är mest avancerad. / The levels of greenhouse gases have increased drastically over the past hundred years as a result of human activity. Major actions are needed to counter climate change, if the consequences are not to be too great. Carbon dioxide is one of the most important greenhouse gases and the forest is an important part of the balance of carbon dioxide in the atmosphere, by the fact that plants and trees bind carbon dioxide and store biogenic carbon in the biomass. Roundwood can be used to produce a variety of products with different applications and varying life spans and there are both global and national goals that support a work to reduce climate change with forest resources as tools. The aim of the thesis was to analyse the storage of biogenic carbon in the annual addition of wood-based products from the Swedish forest industry, and then to investigate the potential to increase the time of storage. The UN Climate Panel (IPCC) has developed a general method for calculating the storage of carbon in harvested wood products and the calculations is based on three product categories, which are sawn wood, wood-based panels and paper and paperboard. This thesis has expanded the UN climate reporting by studying a total of sixteen product categories. The flow of carbon was studied using a material flow analysis, which is based on the mass balance of inputs and outputs in a system. The system was studied from the raw material being consumed until the products are defined as waste and incinerated. The calculations were based on statistics on raw material consumption in the sawmill industry and the pulp and paper industry, as well as production volume of fibre pulp and wood-based products. A large volume of biomass also goes directly to incineration and provides bioenergy. The binding time of biogenic carbon was analysed to explore the potential of increasing the binding time, using different strategies. Sawn timber products from the sawmill industry have the longest average life span and also bind the highest amount of biogenic carbon. Biofuels have the shortest average life span, which means that carbon dioxide is released into the atmosphere rapidly. A total of 29.0 million tonnes of carbon dioxide are stored in wood-based products annually, according to this study. Three strategies to extend the storage time of biogenic carbon were studied in this study, which were extended life span of the products, cascading wood use and so called BECCS. To extend product life means introducing recycling of, for example, cellulose-based textiles. Cascading wood use means that the forest industry primarily produce long-lived products and avoid biomass going directly to incineration. BECCS is based on the fact that trees bind carbon dioxide in their biomass and when wood-based product is incinerated, the carbon dioxide is stored in the ground. BECCS is considered to be the most advanced strategy, of the three.

Det finns en oro kring konsekvenserna av ökade växthusgasutsläpp. Därför har bland annat EU:s medlemsländer tecknat avtal om att minska utsläppen. I Sverige har det lett till krav att från och med 2022 redovisa byggmaterials miljöpåverkan genom klimatdeklarationer. Byggsektorn har potential att minska klimatpåverkan. Byggnadsmaterial ger olika utsläpp av växthusgaser och valet av material är viktigt. Isoleringsmaterial med naturlig härkomst anses orsaka mindre utsläpp än konventionell isolering. Hampa är ett exempel på ett naturligt material som kan användas i småhusbebyggelse. Hampan kan bli en kolsänka då biomaterial binder kol. Tyvärr finns det idag mycket begränsad forskning på just hampfiberisolering i svenskt klimat.  Syftet med studien är att bidra med ökad kunskap inför valet av isoleringsmaterial i ett småhus, av modellen Eneryda av Rörvikshus, placerat i Växjö. I arbetet jämförs klimatpåverkan och kostnader för isoleringsmaterialen hamp-, cellulosa- och glasullsisolering genom en livscykelanalys (LCA) och en livscykelkostnad (LCC) i en vald husmodell. I studien undersöks skedena A-D, d.v.s. från vagga till grav. Resultatet visar att byggnaden isolerad med hampfiber orsakar det lägsta nettoutsläppet på 124 följt av cellulosa 132 och glasull 139 CO₂e/m². Kostnaden för byggnaden med isolering av hampfiber är 5467, cellulosa 4830 och glasull 4861 SEK/m²BOA. Genom att välja hampfiberisolering istället för glasull kan utsläppen för husmodellen Eneryda minskas med 12 % samtidigt som kostnaden ökar med 20 %. Att välja cellulosaisolering i stället för glasullsisolering ger en minskning av nettoutsläppen med 5 % och kostnaderna förblir detsamma.  Studiens känslighetsanalyser visar effekten av indata. Om råvaran till cellulosa byts ut från oanvänt papper till återvunnen råvara orsakar det att nettoutsläppen för byggnaden Eneryda minskar med 13 %. Det innebär att småhuset Eneryda isolerad med cellulosa från återvunnen produkt orsakar 15 % lägre utsläpp än glasullshuset - utan att påverka priset. Största påverkan på nettoutsläppen hade Enerydas värmesystem. Att använda bergvärme istället för Veab:s fjärrvärme ökade nettoutsläppen med 56 – 63 %. Slutligen ledde resultatet av studien till en diskussion om avsaknaden av en entydig definition och metod för användandet av biogent kol i klimatdeklarationer. Att exkludera biogent kol leder till att hampfiberisoleringen bidrar med högst utsläpp tätt följt av cellulosan och sist glasullsisoleringen som släpper ut minst. Studiens resultat påvisar vikten av vaksamhet och att Boverket borde blir tydligare kring det biogena kolet i klimatberäkningar. Enheten bör utvecklas mer av institut för standarder. Av resultaten framgår också vikten av att ta tidsaspekten av biomaterialets förnyelsetid i beaktande vid beräkningarna för att material som hampfiber binder kol snabbare än exempelvis trä. / The concern of climate change has influenced the building sector in Sweden to become more climate neutral. The choice of building materials affect the emissions of carbon dioxide equivalents [CO₂e]. The purpose of the study is to provide more basis for the choice of insulation material looking into the climate- and cost implication of hemp fibre, cellulose and stone wool insulation.  The study includes an accounting-LCA from cradle to grave (A – D) and an LCC. The study looks at the climate shell of a one-story single-family house, model Eneryda from Rörvikshus, in Växjö over the lifetime 50 years.  The result shows that Eneryda net emissions for hemp fiber insulation is 124 CO₂e/m²BOA and the cost is 5467 SEK/m2 BOA. The result of emissions for the hempfiber-model is 12% less and the cost is 20% higher than the glass wool-model. Cellulose insulation results in net emissions of 132 CO₂e/m² and a cost of 4830 SEK/m2 BOA. Cellulose results in 5% less emissions and nearly the same cost as the glass wool building.