Developing LCA-based GHG emission factors for heavy machinery and heavy-duty vehicles used in earthworks and quantifying their contribution to the climate change potential of road construction

Abstract

Tilgang til vegnett er kritisk for å oppnå FNs bærekraftsmål 9. Bygging av veginfrastruktur kan likevel føre med seg flere kilder til utslipp av drivhusgasser, som bidrar til menneskeskapte klimaforandringer. Vegbygging har blitt studert i flere vitenskapelige artikler, men det er ofte med en mangelfull inkludering av anleggsmaskiner som anvendes på byggeplassen, spesielt de som brukes i masseflytting. Det er nødvendig å utvide kunnskap rundt anleggsfaseutslipp gjennom utarbeidelse av grundige og transparente utslippsfaktorer for anleggsmaskiner og tungtransportkjøretøy. Disse bør være lett anvendelige til forskjellige funksjonelle enheter for delkomponenter av veger. På den måten kan det legges til rette for sammenlikning av veger gjennom bruk av livssyklusanalyse.

Denne oppgaven utvikler utslippsfaktorer av drivhusgasser i et livsløpsperspektiv for typiske anleggsmaskiner og tungkjøretøy som brukes i masseflytting i vegprosjekter. Dette inkluderer hjullastere og gravemaskiner samt to forskjellige typer tungkjøretøy. Det blir vist at drivstofforbruket til maskinene i stor grad avhenger av om lasteforholdene er lette eller vanskelige. Utslippsfaktorene blir anvendt for forskjellige norske klasser av vegoverbygninger med mål om å frembringe et tall på disses potensielle bidrag til global oppvarming. I tillegg vil en casestudie bli utført på et veganleggsarbeid utført i Trøndelag, hvor det vises at anleggsmaskiner potensielt har et bidrag til global oppvarming på 382,9 tonn CO2 ekvivalenter. Det vises videre at utslipp fra tungtransport av masser er størst. Basert på resultatene anbefales det her at 1) utslipp fra anleggsmaskiner og tungtransport inkluderes i livssyklusanalyser av veg og 2) masseflyttingen nødvendig i underbygningen av vegen inkluderes så vel som vegoverbygningen.

Road access is critical to achieve Sustainable Development Goal 9. However, road infrastructure construction may bring about a variety of sources of greenhouse gas (GHG) emissions that contribute to anthropogenic climate change. The construction of road infrastructure has been studied in many different research papers, yet there is often a lack of inclusion of the construction equipment used on site, especially those employed in earthworks. It is necessary to expand the knowledge on construction phase emissions by creating comprehensive and transparent construction machinery and heavy-duty vehicle GHG emission inventories. These should be easily employable to a variety of road component functional units to facilitate comparisons of road projects through life cycle assessments.

This paper develops GHG emission factors in a life-cycle perspective for typical construction equipment employed in the earthworks of road construction, namely wheel loaders and excavators as well as two different mass transportation vehicles. It is found that the fuel consumption of the machines can vary greatly depending on whether the loading conditions are easy or difficult. The factors are employed for different Norwegian classes of road fundaments in order to provide an account of the global warming potential of these. Additionally, a road construction case in Trøndelag county in Norway is studied, where it is shown that the heavy equipment employed in earthworks may lead to a global warming potential of 382.9 ton CO2-equivalents. It is furthermore shown that emissions from the transportation of the earthwork material are the most significant. Based on these results, it is recommended that 1) emissions from construction machinery and vehicles involved in earthworks mass movements are included in road LCAs and 2) the mass movements of the subgrade are considered in addition to the road fundament.