A Soproni Egyetem Faipari Mérnöki és Kreatívipari Kar Faipari és Műszaki Intézet Gyártástechnológia Tanszék munkatársai elvégezték a Swiss Krono Kft. szénlábnyomának meghatározását a 2021/22 üzleti évben, más ágazatok tükrében.
Az összeállítást készítette: Alpár Tibor L., Bejó László, Börcsök Zoltán, Kocsis Zoltán, Merő Nándor, Németh Gábor, Pásztory Zoltán
1. Bevezetés
A szénlábnyom az emberi tevékenység következtében kibocsátott üvegházhatású gázok (ÜHG) mennyiségét jelenti, szén-dioxid egységekben mérve. A szén, mint elem, minden élő szervezet alapja, amelyet minden élő szervezetben minden biopolimer tartalmaz. A „szénlábnyom” kifejezés általában egy termék vagy folyamat környezetre gyakorolt hatását jelenti, CO2-kibocsátási egyenértékben (tonna CO2 -egyenértékben) kifejezve. A szénlábnyom egy tevékenység által közvetlenül és közvetve felszabaduló vagy a termék életszakaszai során felhalmozódott CO 2 -kibocsátás teljes mennyiségének mértéke.
Az egyre szigorodó környezetvédelmi előírások miatt egyre fontosabbá válik a különböző termékek, technológiák vagy iparágak szénlábnyomának felmérése. A Swiss Krono Kft. egy innovatív, környezetérzékeny cég, amely faanyagot orientált forgácslappá (OSB) dolgoz fel. A Swiss Krono Kft., mint fenntarthatóságra törekvő cég, a technológiáik/termékeik szénlábnyomának mérésére és másokkal történő összehasonlítására kíván felmérést végezni.
Ebben a tanulmányban a Swiss Krono Kft. termelését a bölcsőtől a kapuig (cradle to gate) módszerrel értékeltük. A különböző OSB termékek gyártásánál az alapanyagok szénlábnyomát, illetve a helyszíni energiafogyasztást nagy pontossággal számítottuk ki. Az összes bemeneti adatot a Swiss Krono Kft. biztosította.
Bemutatjuk a tudományos beszámolók és publikációk alapján az egyéb faalapú lemezek szénlábnyomát valamint, mivel a Swiss Krono Kft. termékeit részben az építőiparban használják, a lemezeket összehasonlítjuk más az alternatív építőanyagokkal.
Mind az áttekintett publikációs adatok, mind pedig a Swiss Krono Kft. értékelt adatai egyaránt azt mutatják, hogy a fafeldolgozás számos környezetvédelmi előnnyel rendelkezik más építőanyagokhoz képest.
A tanulmány elkészítésekor a szerzők törekedtek a következetes terminológia használatára. A
jelentésben használt legfontosabb kifejezések közül néhányat az alábbiakban definiálunk:
Széndioxid egyenérték avagy CO2 egyenérték (CO2 eq): egy metrikus mérőszám, amellyel a
különböző üvegházhatású gázok kibocsátását a globális felmelegedési potenciáljuk (GWP) alapján hasonlítják össze más gázok mennyiségének azonos globális felmelegedési potenciállal rendelkező szén-dioxid-mennyiségévé való átalakításával.
Szénlábnyom (Karbonlábnyom): az emberi tevékenység következtében keletkező ÜHG mennyisége, szén-dioxid-egyenérték egységben mérve.
Anyagok kaszkád használata: olyan eljárás, amelynek során az anyagokat (pl. fát) több cikluson keresztül felhasználják és újrafelhasználják vagy újrahasznosítják, mielőtt energiává alakítanák.
Bölcsőtől a kapuig (Cradle-to-Gate) elemzés: szénlábnyom-elemzési technika, amely figyelembe veszi az anyag vagy termék előállításával kapcsolatos összes kibocsátást (beleértve a nyersanyagok előállítását és kitermelését is), de nem veszi figyelembe a használattal, karbantartással és újrahasznosítással / ártalmatlanítással kapcsolatos kibocsátásokat (lásd a 5. ábra további részletekért).
Kibocsátási tényező: az üvegházhatást okozó gázok átlagos kibocsátási aránya a forrás anyagáram adataihoz viszonyítva, feltételezve az égés teljes oxidációját és az összes többi kémiai reakció esetében a teljes átalakulást.
Fosszilis üzemanyagok: az ősi fotoszintézisből származó, jellemzően több millió éves korú, természetes folyamatok során keletkező energiát tartalmazó üzemanyag.
Nettó fűtőérték (Net calorific value – NCV): a hőként felszabaduló energia fajlagos mennyisége, amikor egy tüzelőanyag vagy anyag oxigénnel normál körülmények között teljesen elég, csökkentve a keletkező víz párolgási hőjével;
Oxidációs tényező: az égés következtében CO2-dá oxidált szén és a tüzelőanyagban lévő összes szén aránya, törtrészben kifejezve, a légkörbe kibocsátott CO2 -t a CO2 moláris egyenértékének tekintve;
Elsődleges energia: a természetben található energiaforma, amelyet nem vetettek alá semmilyen emberi átalakítási folyamatnak. A környezeti lábnyom meghatározásának megfelelő elszámolása a primer energián alapul.
2. A szénlábnyomról általában
A szénlábnyom az emberi tevékenység következtében kibocsátott üvegházhatású gázok (ÜHG) mennyiségét jelenti, szén-dioxid egységekben mérve. A szén, mint elem, minden élő szervezet alapja, amelyet minden élő szervezetben minden biopolimer tartalmaz. Az élő szervezetek átlagosan 40-50%-ban szénből állnak száraz tömegre vonatkoztatva. Általánosságban elmondható, hogy a „lábnyom” kifejezés egy épület vagy más entitás területét vagy talajlenyomatát írja le, és globális hektárként jellemzi, nem helyi vagy tényleges hektárként. A szénlábnyom esetében eredetileg ez alatt a keletkező CO2 megkötéséhez szükséges erdőterület nagyságát értették, azonban ma a kifejezést inkább átvitt értelemben használjuk, és általában egy termék vagy folyamat környezetre gyakorolt hatását jelenti, CO2 -kibocsátási egyenértékben (tonna CO2-ekv.) kifejezve. A szénlábnyom annak a kizárólagos, teljes CO2-kibocsátásnak a mértéke, amelyet egy tevékenység közvetlenül és közvetve bocsát ki, vagy a termék életszakaszai során halmozódik fel. A szénlábnyomot általában általános kifejezésként használják, de más elnevezéseket, mint például az klíma lábnyom, az ÜHG-lábnyom, a beágyazott/belezárt szén-dioxid vagy a szén-dioxid-áram kifejezéseket gyakran felcserélhetően használnak.
Egy másik, némileg eltérő módszertant és besorolást alkalmazó publikáció szerint az építőipar felelős a teljes energiafelhasználás 40%-áért és a teljes ÜHG-kibocsátás 30%-áért. A faalapú termékek és anyagok fontos szerepet játszhatnak az alacsony szén-dioxid-kibocsátású és erőforrás-hatékony társadalomra való átállásban. Energiaforrásként, valamint fizikai és szerkezeti anyagokként használhatók különféle alkalmazásokban, pl. épületekben (beleértve a faalapú építőanyagokat, padlóburkolatokat, ablakokat, bútorokat stb.). Számos közelmúltbeli tanulmány dokumentálta a fenntartható módon előállított faalapú anyagok alkalmazásának lehetőségét az épületek energiafelhasználásának és szénlábnyomának csökkentésére, szemben más anyagokkal, mint például a beton, a műanyag vagy az alumínium stb. A fatermékek előállításához kevesebb energiaráfordítás szükséges, mint az alternatív anyagokéhoz (2. ábra). A faalapú építőanyagok főként „biomassza” maradékokat (melléktermékeket) használnak fel az ipari folyamatokhoz (például szárítás) energia előállítására, így alacsonyabb szén- és primerenergia-mérleggel rendelkeznek, mint más anyagok.
Az életciklus-elemző tanulmányok szerint a faépületeknek a termelés, szállítás, felhasználás és az élettartamuk végén történő ártalmatlanítás tekintetében is kevesebb erőforrásra van szükségük. Az ÜHG-kibocsátásuk sokkal kisebb, mint a fosszilis tüzelőanyag-igényes anyagoké, mint pl. a beton vagy az acél. Például egy fal, amelyet beton helyett műszárított fa vázzal, orientált lemez (OSB) burkolatokkal és kompaktlemez homlokzati burkolattal látunk el 73,24 (kg/m2 ) CO2-kibocsátást megtakarítást eredményezhet. Ezen túlmenően, ha az acél illesztések helyett OSB padlóaljzati felépítményt használunk, a CO2-kibocsátás 107,41-el (kg/m2) csökkenhet.
Jelentős mennyiségű biomassza-maradék keletkezik a teljes fatermékláncból, és felhasználható a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére. (3. ábra).
Számos szénlábnyom-kalkulátor és nemzetközi szabvány jelent meg több szervezetben, mint pl. WRI and WBCSD, 2004, IPCC, 2006. A szénlábnyom-elemzés három kategóriába sorolható: IPCC módszer, folyamatelemzésen alapuló életciklus-elemzés (LCA) módszer és input-output elemzés (IOA) módszer. Mindegyiknek vannak előnyei és hátrányai.
• Az IPCC módszerek részletes számításokat és szempontokat tartalmaznak a különböző emissziós forrásokra, azonban csak zárt rendszerű és helyszíni emissziók elemzésére alkalmas, így közvetett kibocsátásra nem használható.
• Az LCA módszer részletesebb információkat adhat a döntéshozók számára. Ennek ellenére ez idő- és munkaigényesebb, mivel hatalmas részletes adatmennyiséget igényel.
• Az IOA módszer átfogóbb, felülről lefelé irányuló megközelítés, és képes megoldani az LCA módszer fő hátrányát. Előnye az idő és a munkaerő csökkenése, ha a modell a helyére kerül. Másrészt hátránya a mikrorendszerek, például termékek vagy folyamatok értékelésére való alkalmasság korlátozottsága.
A legtöbb kibocsátás a szállításhoz, valamint a fosszilis alapú hő- és villamos energiához kapcsolódik. A 4. ábra néhány kiválasztott építőanyag előállításához szükséges fajlagos energiafelhasználás értékeit mutatja be.
3. A falemez-ipar szénlábnyoma
A következőkben bemutatunk néhány releváns tudományos publikációt a falemez-ipar szénlábnyomáról. Meg kell határozni az LCI rendszerek rendszerhatárait a falemez gyártás tekintetében (lásd 5. ábra). Az idézett publikációkban jellemzően a bölcsőtől a kapuig határvonalat használják.
A faalapú lemezek gyártás során felmerülő erőforrások, szén-dioxid, energia és kibocsátások felmérésére az életciklus-leltár (LCI) megoldást kínálhat. Wilson (2010) a forgácslap életciklusát és a bölcsőtől a termékkapuig terjedő LCI rendszerhatárát tanulmányozta.
Wilson felmérése a következő eredményeket adta a szén-dioxid-áramlásra, tárolásra és lábnyomra vonatkozóan.
• Széntárolás:
o 1,0 m3 forgácslap fa széntartalma 352 kg.
o A bemenetek és a kimenetek közötti különbség ~5%, több szén kiáramlás mellett, mint be.
o A szén tárolásának CO2 -egyenértéke 1,0 m3 forgácslapban -1290 kg a fa 52,4%-os szénkomponensére vonatkoztatva
o A ragasztó-, edző-, parafin- és formaldehid-megkötőanyag-készletek nem számítanak bele a szénáram-értékekbe, mivel ezek fosszilis nyersanyagból, ásványolajból vagy földgázból származnak.
o A tárolt szén 10-80 évig a forgácslapban marad élettartama alatt.
• Szénkibocsátás:
o A fa elégetése során keletkező CO2 kibocsátás nem számít bele a szénlábnyomba, mert CO2 semlegesnek minősül.
o A faforgácslap előállításához a bölcsőtől a kapuig terjedő szénlábnyom 392 kg CO2-egyenértékű, a helyszíni lábnyom pedig mindössze 57,3 kg CO2 -ekvivalens.
A szén tárolása 1290 kg CO2 ekv. forgácslap esetében a 392 kg CO2 ekvivalens szénlábnyom ellensúlyozására használható, -898 kg CO2 ekv. nettó szénáram meghatározására a bölcsőtől a kapuig szcenárióban (6. ábra).
Wilson összegzése:
• Az 1,0 m3 forgácslap előállításához szükséges energia a helyszínen felhasznált különféle tüzelőanyagokból és elektromos energiából, valamint a bölcsőtől a kapuig felhasznált tüzelőanyagokból származik, beleértve a helyszíni, valamint azt az energiát, amit a fa, vegyi anyagok és tüzelőanyagok előállításához és szállításához szükségesek.
• 1,0 m3 forgácslap előállításához a légkörből megkötött CO2 miatt 1290 kg-CO2 ekv. szén-tárolás kapcsolódik, amely a fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatti LCI-kibocsátásból származó CO2 ekv. mérleget javíthatja 392 kg CO2 ekv.-val,. Ez -898 kg CO2 ekvivalens nettó szénáramot eredményez. Ez csökkenti a globális felmelegedésre és az éghajlatváltozásra gyakorolt hatását.
4. Faalapú lemezek környezeti összehasonlítása alternatív anyagokkal
Wilson (2010) és Garcia és Freire (2013) a Cradle-To-Gate (CTG) elemzést minden olyan anyag, folyamat és tevékenység hatásaként írja le, amelyek valamilyen környezeti hatást gyakorolnak a gyártásra, felhasználásra és ártalmatlanításra. Az LCI adatok felhasználhatók különféle anyagok összehasonlítására, pl. építőanyagokhoz. Az összehasonlítás történhet térfogat (m3 ) vagy tömeg (kg) alapján.
Wilson a következő összehasonlítást teszi:
• A fa alapú kompozit lemezek a legtöbb kategóriában (pl. acélhoz, cementhez, műanyaghoz és üveghez képest) környezetbarátabbak, mint az alternatív anyagok.
o A falemezgyártás lényegesen kevesebb fosszilis tüzelőanyagot, alapanyagot, vizet és egyéb anyagokat fogyaszt.
o A falemezgyártás több megújuló fa tüzelőanyagot használ fel, amely semlegesnek tekinthető a globális felmelegedés vagy a klímaváltozás szempontjából, a fosszilis tüzelőanyagok kiszorítására.
• A faalapú lemezek negatív globális felmelegedési potenciál (GWP) értékkel rendelkeznek:
o Elegendő szén-tárolás a termék használatából és ártalmatlanításából származó további CO2-kibocsátás ellensúlyozására.
o Kiegyenlít valamennyi további CO2-t a légkörben.
A műanyagok is tartalmaznak szenet, de ez nem tekinthető az ÜHG-kibocsátás ellensúlyozásának, mivel fosszilis erőforrásokból származnak, amelyek szénciklusa több millió éves, ellentétben a fával. A műanyag nem megújuló erőforrásból készül, mivel fosszilis alapanyagon alapul.
A faalapú lemezek gyártása kevesebb savasesőt és szmogot okoz, mint bármely alternatív építőanyag. A faalapú kompozitok vízbe történő kibocsátása is a legalacsonyabb (BOD, COD).
Általában a forgácslapnak, az MDF-nek és az OSB-nek van a legkisebb környezetterhelése a meghatározott erőforrás-felhasználás és emissziós tényezők mellett. Ezeket olyan zöld anyagoknak kell tekinteni, amelyek környezetbarátabbak másoknál.
Az 1. táblázatban számos alternatív anyagot hasonlítunk össze a fa alapú lemezekkel környezeti hatásukat tekintve.
• Ezen anyagok közül csak a falemezek készülnek többnyire megújuló és fenntartható alapanyagokból.
• A cement kivételével minden újrahasznosított anyagból készülhet.
• Csak falemezek és műanyagok használhatók fel a későbbiekben tüzelőanyagként a fosszilis tüzelőanyagok használatának további kiszorítására. A műanyag azonban csak a fosszilis tüzelőanyagok átalakított formája.
Ahogy Wilson bemutatja, a kompozit panelek:
• gyártásuk során csaknem zéró hulladékot eredményeznek:
o Az összes faanyag 97%-a termékbe kerül vagy tüzelőanyag lesz,
o 3% vagy kevesebb megy hulladéklerakóba;
• ÜHG-kibocsátás alapján „jobbak, mint klímasemlegesek”:
o széntároló képesség,
o ellensúlyozza a szállításból, használatból, ártalmatlanításból, sőt bizonyos légköri CO2-kibocsátásból eredő CO2 -kibocsátást;
• jelentős mértékben használják fel a fás biomasszát üzemanyagként;
• felülmúlják más anyagok teljesítményét a talajban található erőforrások, a fosszilis tüzelőanyag, egyéb nyersanyag, a vízhasználat és a GWP tekintetében;
• a legtöbb esetben jobban teljesítenek a savasodási (savaseső képzés), eutrofizációs és szmog környezeti hatásmutatók tekintetében;
• teljesítse a helyettesítés elvét, azaz lehetőség szerint kevésbé környezetkárosító anyagokat és eljárásokat használnak.
A Zukunkft Holz (A fa jövője) jelentésben, az építőipari fára már most is nagyszámú életciklus-értékelő tanulmány és jellemzés stb. létezik. Nyilvánvaló, hogy a fa, mint építőanyag nem csak lényegesen kevesebb energiát igényel a többi építőanyaghoz képest az előállítása során (és ezáltal kevesebb CO2-t bocsát ki), hanem a fa épületekben való felhasználása és a lehető leghosszabban beépítve tartása hatékony széntárolást biztosít (7., 8. ábrák).
Antti Ruuska 50 építőipari termék szénlábnyomáról és szén-dioxid-megkötéséről számol be. Néhány faalapú lemezen kívül a 2. táblázatban a nem fa termékekre vonatkozó adatokat is idézzük. Az adatok a bölcsőtől a kapuig terjedő értékelésen alapulnak.
A fenti tanulmányok mindegyike azon a feltételezésen alapult, hogy a fa, mint tüzelőanyag szén-semleges, mivel a légkörbe kibocsátott CO2 újrahasznosul, amikor a fákat újratelepítik és elkezdőik a fotoszintetézis. Bár ez alapvetően igaz és igazságos, a tüzelőfa kitermelése, szállítása és feldolgozása némi energiát igényel. Ezt az energiát általában nem veszik figyelembe. Tanulmányunkban egy kiegyensúlyozottabb megközelítésre törekedtünk, amely figyelembe veszi ezt az energiát is.
Egy másik publikációban az építőanyagok gyártása során felhasznált primer energia mennyiségét (főleg fosszilis tüzelőanyagok) körülbelül 60–80%-kal magasabbnak találták, ha a favázak helyett betonvázakat vettek figyelembe. A bontott faanyag használatának módja meghatározhatja a fa nettó üvegházhatású gáz (ÜHG) mérlegét. Ha az összes bontási faanyagot fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére használják fel, akkor az ÜHG egyenleg enyhén pozitív lesz, azonban, ha a bontási fa egy részét újra felhasználják, akkor enyhén negatív lesz, és egyértelműen pozitív, ha az összes fa hulladéklerakókba kerül, CH4 keletkezése miatt a lebomlás során.
A faalapú falrendszerrel rendelkező házak 15–16%-kal kevesebb energiát igényelnek nem fűtési/hűtési célokra, mint a hőtechnikailag hasonló házak, amelyek alternatív acél- vagy betonalapú építési rendszereket használnak. A nem megújuló energiafelhasználás eredményei lényegében megegyeznek a teljes energia felhasználásával, ami azt a tényt tükrözi, hogy a helyettesített energia nagy része fosszilis tüzelőanyagokból származik. Az elmúlt évtizedben a fa alapú házakhoz kapcsolódó nettó ÜHG-kibocsátás 20-50%-kal alacsonyabb, mint az acél- vagy betonalapú építőanyagokat használó, hőtechnikailag hasonló házaké.
5. A Swiss Krono Kft. lemez gyártásának teljes szénlábnyoma
A tanulmány elkészítésekor az OSB termékek gyártásánál az alapanyagok szénlábnyomát, illetve a helyszíni energiafogyasztást nagy pontossággal számítottuk ki. Ezeket az eredményeket ebben a fejezetben egyesítjük a Swiss Krono Kft.-nél gyártott termékek összesített szénlábnyomának kiszámításához, ahol figyelembe vettük az alábbiakat:
• a faanyag széntárolóképessége,
• a szállítás környezeti hatásai,
• a gyártott termékekben tárolt szén mennyisége,
• a kötő- és adalékanyagok környezeti hatásai,
• a termékek gyártása során keletkező széndioxid kibocsátás meghatározása,
• az üzemen belüli anyagmozgatásból származó széndioxid kibocsátás meghatározása.
Az alábbi 3. táblázat az OSB és az ecoWall lemezek gyártásának összesített nettó emissziójának
eredményeit mutatja be.
A bemutatott adatok alapján az alábbi következtetések vonhatók le:
Mindkét lemeztermék legjelentősebb környezeti hatása a feldolgozott fa széntároló hatása.
Egy m3 lemezben több mint 1000 kg CO2 kötődik meg, ami negatív szénlábnyomnak minősül, mivel a cég igazoltan fenntartható erdőgazdálkodásból származó fa alapanyagot használ.
A gyártáshoz használt egyéb anyagok gyártásukból és szállításukból adódóan pozitív szénlábnyommal rendelkeznek. Ezen anyagok némelyike viszonylag magas CO2 eq-értékkel bír. Viszonylag csekély mennyiségük miatt azonban hatásuk nem elegendő a faállomány negatív szénlábnyomának ellensúlyozására.
Az anyagszállítás szénlábnyoma viszonylag alacsony az anyagok hatásához képest. A fa és egyéb anyagok szállításának együttes hatása kevesebb, mint a termékben tárolt szén 5%-a.
Az energiával összefüggő kibocsátások tekintetében az elektromos energiának van a legnagyobb hatása, ez a fa negatív szénlábnyomának kevesebb, mint 10%-a. A fűtés jóval kevesebb (a tárolt CO2 1-1,5%-a). Ez leginkább a fűtésre felhasznált biomassza-energia nagy mennyiségének köszönhető, ami nagyon csekély környezetterheléssel jár. A belső logisztikára felhasznált energia gyakorlatilag elhanyagolható.
A fa alapanyag igen jelentős negatív szénlábnyoma miatt a nyers OSB teljes egységnyi szénlábnyoma is negatív, kb. -930 kg/m3 . Az egyéb anyagok, a szállítás és az energiafelhasználás együttes környezeti hatása a panelekben tárolt CO2-nak csak mintegy 15%-át teszi ki. Ez a termék nyilvánvalóan nagyon környezetbarát, a fa reális, nettósemleges szénlábnyom-számítása alapján.
A bevonó- és színezőanyagok viszonylag nagy környezetterhelése miatt a felületkezelt termékeknél az egyéb anyagok hatása lényegesen nagyobb. A kombinált anyag-, szállítás- és energiafelhasználás közel 23%-a a panelekben tárolt CO2 -nak (szállítás nélkül). Ennek ellenére a lakkozott OSB (ecoWall) teljes egységnyi szénlábnyoma szintén negatív, kb. -818 kg/m3.
Mivel minden terméke negatív lábnyommal rendelkezett, a Swiss Krono Kft teljes nettó szénlábnyoma is negatív volt a 2021/22-es üzleti évben.
A 11. ábra a Swiss Krono Kft termékeinek eredményeit (kg/kg-ra átszámítva, a termékek tényleges sűrűségével) hasonlítja össze néhány irodalmi adattal35 , hasonló faalapú és egyéb építőipari anyagokra vonatkozóan. Az adatokból kitűnik, hogy a Swiss Krono Kft.-nél gyártott nyers OSB karbonlábnyoma összehasonlítható az egyéb nyers OSB-éval. Ez még a nyers OSB-re vonatkozó egyes irodalmi adatoknál is alacsonyabb (-835,82 kg CO2 eq/m3 ). Ez a technológia, a felhasznált anyagok vagy a szállítási távolságok különbségeivel magyarázható. A Swiss Krono Kft. nyers és lakkozott OSB (ecoWall) lapjainak azok széndioxid-elnyelő hatása miatt a többi ipari ágazathoz képest jóval kisebb a szénlábnyoma.
forrás: SOE FMKK
