| dc.description.abstract | Tallene fra LCA-analysen gjennomført av Accend viser at lagringspotensialet er noe lavere enn tidligere antatt. Biokullet har brutto lagringspotensial på 3,275 tonn CO2 per tonn biokull. Avviket fra tidligere antakelser, der det har blitt konkludert med brutto lagringspotensial på henholdsvis 3,45 og 3,49 tonn CO2, skyldes hovedsakelig en liten forskjell i biokullets karboninnhold og en sikkerhetsfaktor på 2,5 % som ble brukt i analysen. Med dette lagringspotensialet vil det likevel være mulig å kompensere for utslipp knyttet til produksjon av betongen.
For å dokumentere karbonlagringen ønsket aktørene i prosjektgruppa å få en EPD på Biocrete som inkluderte lagringseffekten og dermed sørger for at betongen, avhengig av mye biokull som tilsettes, vil nærme seg karbonnøytral, eller til og med karbonnegativ. Det foreløpige svaret fra EPD Norge er at de ikke vil etterkomme aktørenes ønske. De begrunner dette med at prinsippet for å lage en EPD for betong tar utgangspunkt i summen av alle delkomponenter og bidrag fra produksjon. Hvis biokull skulle ha blitt regnet inn på denne måten måtte man ha hatt en EPD for biokullet med negativ verdi, noe som ikke lar seg gjøre med dagens regneregler og standarder for EPD. Den midlertidige løsningen, som presenteres i oppgaven, er en kombinasjon av to dokumenter i det totale klimagassregnskapet. En EPD for betongen kombinert med en LCA-analyse for biokullet lar utførende part dra nytte av karbonlagringen i form av at den negative GWP-verdien fra biokullet kompenserer for den positive GWP-verdien fra betongproduksjonen. Til tross for at den midlertidige løsningen kan gi ønsket effekt i det totale klimagassregnskapet, er den ikke optimal, en EPD som inkluderer lagringseffekten er fremdeles å foretrekke. EPD-standardene skal revideres i 2024, og med CCS som en høyaktuell, raskt voksende teknologi, er det svært sannsynlig at det kan komme endringer som tillater at karbonlagring snart kan regnes med negativ verdi.
Gjennom våren ble det gjennomført flere laboratorieforsøk for å kartlegge den nye betongens struktur og fukttekniske egenskaper. Resultater fra forsøk på vannabsorpsjonsevnen til biokullet viste at vannabsorpsjonstallet ligger på rundt 150 % og partikkeldensiteten på ca. 475 kg/m^3. Selv om disse resultatene stemmer bra med funn gjort i oppgaven, kan det være forskjell på ulike produksjoner av biokull. Dette som følge av mulige variasjoner i råstoff og pyrolyseringsprosessen. Ulik nedmaling kan også gi utslag. Det vil derfor bli viktig at produsentene med tid kan levere nøyaktige data for biokullet slik at betongreseptene blir best mulig. Fra vannabsorpsjonsforsøket gikk det også frem at initielt fuktnivå i biokullet ikke påvirket støpeligheten nevneverdig. Resultatet gir en god indikasjon på at vannabsorpsjonen til biokullet foregår spontant og at det derfor er uviktig om fuktigheten allerede befinner seg i biokullet eller tilsettes ved blanding. Det viste seg dog at forfukting kan ha positiv innvirkning på trykkfastheten.
Resultater fra innledende uttørkingsforsøk impliserte veldig lang uttørkingstid, og at den store restfuktigheten i betongen kunne by på problemer i flere av byggets faser. Det ble videre utført RF-målinger som viste at RF i betongen var vesentlig lavere enn forventet med gjennomsnittlig RF midt i prøvestykkene på ca. 75 %. Resultatene ga tro på at biokull har veldig fin porøsitet og følgelig bidro til at betong med biokull var en tett betong som tørket ut svært langsomt. Antagelsene om en tett betong ble bekreftet gjennom kapillærabsorpsjonsforsøk gjennomført av SINTEFs avdeling på Gløshaugen. Gjennomsnittlig motstandstall for Biocrete med 60 kg biokull per m^3 betong og proporsjonert masseforhold på 0,4 var 1,05E+08 s/m^2 og er i samme område som en ordinær konstruksjonsbetong med tilsvarende masseforhold. Det ser med andre ord ikke ut til at biokullet påvirker transporthastigheten og må følgelig, som antatt, ha veldig fin porøsitet. Sementforbruket til en Biocrete i fasthetsklasse B30 er noe lavere enn en ordinærbetong med tilsvarende fasthet som følge av at biokullet er en veldig god filler. I tillegg til dette bidrar biokullet til å senke masseforholdet til 0,4, sammenlignet med en vanlig B30 som typisk har masseforhold 0,54. Dermed er Biocrete en vesentlig tettere og mer bestandig betong enn normalbetong i tilsvarende fasthetsklasser. Biocrete, som tidligere har vært tiltenkt innendørs bruk, ser dermed ut til å være en svært bestandig betong som også kan brukes utendørs og i utsatte miljøer.
Kapasiteten til Biocrete ble testet hos Con-Form og Betong Øst på Orkanger. Det ble støpt ut to dekker, ett med biocretepåstøp og ett med normalbetong for å sammenligne kapasiteten til de to. Laboratorieforsøk utført av SINTEF på de to dekkene resulterte i en trykkfasthet på 30,9 MPa og en E-modul på 24 GPa for Biocrete. Til sammenligning lå normalbetongens trykkfasthet på 36,9 MPa og E-modulen på 31,3 GPa. Momentkapasiteten ble undersøkt ved å plassere en punktlast midt på de fritt opplagte dekkene. På grunn av lavere trykkfasthet og E-modul hadde dekket med Biocrete litt større nedbøying underveis og gikk til brudd noe tidligere enn normalbetongdekket. Det var som forventet og et godt resultat siden forskjellen mellom dekkene ikke oversteg forventet verdi. Momentkapasiteten ble i tillegg teoretisk beregnet ved hjelp av Eurokode 2 for å undersøke om standarder for normalbetong kan overføres til Biocrete. Biocretedekket hadde en kapasitet fra forsøk som var godt over beregnet kapasitet. Et forholdstall på 1,22 mellom MEd/MRd for dekket er dog litt mindre enn forholdstallet for normalbetongen som var på 1,32. På grunn av dette kan det være nødvendig med en korreksjonsfaktor for å oppnå samme sikkerhetsmargin som normalbetongen dersom man bruker eksisterende standarder for Biocrete. Videre ble et enkelt heftforsøk på sylinderprøver fra dekkene med biocretepåstøp også gjennomført. Her kom det frem at heftstyrken mellom Biocrete og normalbetong var større en strekkfastheten til Biocrete med 60 kg biokull per m^3. En strekkfasthet på 2,05 MPa for Biocrete er 6,6 % av trykkfastheten, noe som er ganske lavt sammenlignet med korresponderende prosentandel for vanlig betong.
En konstruksjonsanalyse av veggelementer med Biocrete ble gjort ved å konstruere et M-N diagram for en standard Con-Form skallvegg. I analysen ble det brukt Biocrete med 60 kg/m^3 biokull i vangene og 90 kg/m^3 i senter. Trykkfastheten til de to biocreteblandingene ble testet i laboratoriet av fjorårets masterstudenter til 37,65 MPa for vangebetongen og 22,5 MPa for senterbetongen. M-N diagrammet viste at en skallvegg med Biocrete vil ha lavere kapasitet enn minimumskravet til Con-Form som ligger på B30 kvalitet i både senter og vangene. Det vil altså si at Biocrete med 90 kg/m^3 biokull ikke oppfyller kravet til Con-Form på minimum B30 kvalitet, mens Biocrete med 60 kg/m^3 biokull vil ligge akkurat innenfor grensa. Minimumskravet til Con-Form er veldig konservativt, spesielt for innvendige boligvegger. Det vil derfor være mulig å senke kravet for trykkfasthet til senterbetongen for å tillate større mengder biokull og dermed kunne lagre mer karbon. | |
| dc.description.abstract | Results from the LCA analysis conducted by Accend shows that the storage potential is slightly lower than previously assumed. The biochar used in the analysis has a gross storage potential of 3,275 tons CO2 for every ton of biochar. The deviation from previous assumptions, which has concluded with a gross storage potential of respectively 3,45 and 3,49 tons CO2 for every ton of biochar, is mainly due to a minor difference when presuming the content of carbon in the biochar and a safety factor of 2,5 % which was used in the analysis. With the presented storage potential, it is possible to compensate for greenhouse gas emissions from the concrete production.
To document the carbon storage, the participants in the project group desired an EPD for Biocrete which included the storage effect and thus ensures that the concrete, depending on the amount of added biochar, will get close to being carbon neutral, or even carbon negative. The preliminary answer from EPD Norway is that they will not comply to the request. They justify this decision by clarifying that the principle for making an EPD is based on the sum of every subcomponent and contribution from production. If biochar was to be calculated equally, one would need to have an EPD for the biochar with negative value, which is not possible because of current standards and calculation rules. The temporary solution, which is presented in the report, is a combination of two documents in the greenhouse gas accounts. An EPD for the concrete combined with a LCA analysis for the biochar will allow entrepreneurs to benefit from the negative GWP-values the biochar provides and use this effect to compensate for the positive GWP-values from concrete production. Even though the temporary solution can give the desired effect in the greenhouse gas accounts, it is not optimal, and an EPD that includes the storage effect is still preferred. EPD standards are to be revised in 2024, given the fact that CCS is a highly relevant, quickly growing technology, it is very likely that there will be alterations that permits carbon storage to be calculated with negative value.
During the spring, several laboratory tests were conducted to learn about the properties of Biocrete, concerning moisture and structure. The results from the water absorption test showed that the water absorption capacity for biochar is approximately 150 % and the particle density about 475 kg/m^3. Although these values seem to be correct for the biochar used in the tests, they might differ from other biochar productions. This may be due to possible variations in the materials used for the pyrolysis and the pyrolysis process itself. Different grinding of the biochar might also affect the properties. Because of these uncertainties, the producers will have to present exact data for the biochar in order for the concrete recipes to be as exact as possible. The water absorption tests also showed that initial moisture content in the biochar did not seem to notably affect the concretes castability. The results indicate that the water absorption in the biochar occurs spontaneously, which again indicates that it is not important whether the moisture is already in the biochar or added when mixing the concrete. Although, it did show that the compressive strength could benefit from use of pre-moistened biochar.
Results from introductory dehydration test implied a very long dehydration time. Further, RH measurements were carried out. The results showed a RH of approximately 75 \% in the middle of the concrete samples. This value was, because of the high water content, a lot lower than expected. The findings indicate that biochar has fine porosity and hence contributes to make Biocrete a very dense concrete which dehydrates extremely slow. The assumptions regarding the density of the concrete were confirmed when SINTEF conducted a capillary absorption test in their laboratories at Gløshaugen. The average resistant number for Biocrete with 60 kg biochar per m3 concrete, with proportioned mass ratio of 0,4, was 1,05E+08 s/m2. This is the same value as for an ordinary construction concrete with equivalent mass ratio. In other words, it seems like the biochar doesn’t affect the transport speed and hence, must have very fine porosity. The cement consumption for a Biocrete with strength class B30 is slightly lower than an ordinary concrete with equivalent strength because biochar is a good filler. In addition to this, the biochar contributes to lower the mass ratio to 0,4 compared to an ordinary concrete which typically has a mass ratio of 0,54. Hence, Biocrete seem to be a significantly denser and more durable concrete than concrete without biochar with corresponding strength classes. Biocrete, which previously has been intended for indoor use, does now look to have the necessary durability properties to handle exposed environments.
The Biocretes capacity was tested at Con-Form and Betong Østs facilities at Orkanger. Two precast formwork slabs were casted, one with an additional cast of Biocrete and one with ordinary concrete to compare the capacity of the two. Laboratory tests carried out by SINTEF showed that Biocrete had a compression strength of 30,9 MPa and E-modulus of 24 GPa. The corresponding values for the ordinary concrete was 36,9 MPa and 31,3 GPa. The moment capacity was investigated by placing a point load centered on the freely supported slabs. During the test, it became clear that the slab with Biocrete experienced greater deflection than the slab with ordinary concrete due to lower E-modulus and compressive strength. As for the ultimate load, this was also lower for the slab with Biocrete, but the difference was not big. This was as expected, and a positive result because the difference did not exceed the expected value. The moment capacity was theoretically calculated by following the steps in Eurocode 2 to see whether standards for ordinary concrete was possible to transfer to Biocrete. Tests showed that the capacity of the slab with Biocrete was well above calculated capacity. A ratio of 1,22 between MEd/MRd for the slab is, however, a little lower than the corresponding number for the ordinary concrete of 1,32. Because of this, it might be necessary to apply a correction factor if using existing standards when calculating Biocrete. Further, a bond capacity test of cylinders from the Biocrete slab was conducted. The results from the test showed that the bond strength between the Biocrete and the ordinary concrete was greater than the bond strength of a Biocrete with 60 kg biochar per m^3. A bond strength of 2,05 MPa for Biocrete is 6,6 % of its compressive strength. This is quite low compared to the corresponding percentage for an ordinary concrete.
A construction analysis of wall elements with Biocrete was carried out by constructing a M-N diagram for a standard Con-Form shell wall. In the analysis, a Biocrete with 60 kg biochar per m^3 in the leaves and 90 kg biochar per m^3 in the center was used. The compressive strength of the two different concretes was tested in the laboratory by the master students from last year and resulted in 37,65 MPa for the leaves and 22,5 MPa for the center. The M-N diagram showed that a shell wall with the Biocrete combination described above would have insufficient capacity. This is because Con-Forms minimum requirement for their shell walls requires a B30 quality. To fulfill this requirement, one would have to use Biocrete with 60 kg biochar per m^3 both in the leaves and in the center of the wall. This requirement is, however, very much on the safe side, meaning it is possible to lower the compressive strength for the center concrete in order to add larger amounts of biochar and thus be able to store more carbon. | |
