Reccomendations and basis for desicion for sustainable mineral resource management; focus civil engineering

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: ASTRA2005/004

Key words (German)

Recyclingbaustoffe, mineralisch, Stoffflussanalyse, Lebenszyklusanalyse, Akzeptanz, Baustoffmanagement

Key words (English)

Mineral material recycling, material flux analysis, life cycle analysis, acceptance, resource management

Short description (German)

In der Schweiz fallen jährlich grosse Mengen an mineralischem Material aus Abbrüchen von Bauwerken an, die in Zukunft noch zunehmen dürften. Heute werden diese Materialien zu einem grossen Teil in anspruchslosen Anwendungen wiederverwendet oder direkt deponiert. Die gesamtheitlichen ökologischen Auswirkungen verschiedener Verwendungsalternativen sind bislang nicht bekannt.
In dieser Studie sollen Empfehlungen für ein Baustoffmanagement erarbeitet werden, aus dem eine minimale Belastung der Umwelt und eine maximale nachhaltige Entwicklung resultiert.
Dafür werden mittels dynamischer Stoffflussanalyse (MFA) Szenarien erstellt werden, wo und zu welcher Zeit welche Mengen und Qualitäten an Abbruchmaterialien anfallen dürften. Für dieselbe Periode werden auch Prognosen der im Strassen- und Hochbau benötigten Mengen und Qualitäten von Materialien erarbeitet. Weiter soll in einer Akteursanalyse untersucht werden, unter welchen Voraussetzungen die Bauherren, Planer und Baufirmen bereit sind, Recyclingmaterialien in verschiedenen Bauwerkstypen zu verwenden. Aufgrund der Ergebnisse dieser zwei Schritte, sowie aus unterstützenden EMPA Projekten, soll die potentielle Nachfrage für Recyclingprodukte aus Abbruchmaterialien bestimmt werden. Mit diesen Informationen können verschiedene Handlungsalternativen erarbeitet und aus Nachhaltigkeitssicht bewertet werden. Dabei werden die ökologisch vorteilhaften Handlungsalternativen in einer hybriden Stofffluss-/Lebenszyklusanalyse (MFA/LCA) untersucht werden. Anhand einer Industrieanalyse werden die ökonomischen Kriterien untersucht und quantifiziert. Die sozialen Auswirkungen werden anhand von Experteninterviews mit den betroffenen Akteuren analysiert.

Short description (English)

Demolition of built structures produces vast and increasing amounts of mineral waste materials. In Switzerland, the majority of these materials is downcycled or landfilled. The consequences of different end of life options on ecological, economic and social sustainability are yet unknown.
This project aims at developing recommendations for optimized management of waste construction materials. These recommendation should result in minimal environmental burdens and an optimal contribution to a sustainable development.
In the project, first, the qualities and quantities of future waste materials (supply) will be determined by dynamic material flux analysis (MFA). For the same period of time, the demand of mineral material and their respective quality for civil engineering and building construction will be forecasted. Using an agent analysis we will investigate the prerequisites for owners, planners and builders to use recycled mineral material in new constructions. These results, together with the results of supporting Empa projects, will be used to determine the potential demand for materials from recycled mineral demolition waste. Various scenarios will be developed and the environmentally sound alternatives investigated in a hybride material flux / Life Cycle Analysis (MFA/LCA). Beside that, economic
aspects will be investigated and quantified using the concept of industry analysis. Social aspects will be analysed based on expert interviews with the main stakeholders as well as consensus building workshops.
 

Project description (German)

siehe Anhang 1

Methods (German)

Modellierung der Stoff-, Energie- und Geldflüssen auf Basis von Literaturrecherchen und Interviews.
Akteursanalyse in Workshops und Interviews.
Bestimmung der ökologischen Auswirkungen durch Hybride Lebenszyklus-/Stoffflussanalyse
Näheres siehe Anhang 1 und Anhang 2

Special tools and infrastructure (German)

Keine

Overview of own research activities (German)

Empa:
Diverse Projekte zum Thema "Eigenschaften von Beton aus Recyclingmaterialien"
Projekt "Baustoffmanagement 21"
zu "Zement und Beton in der Schweiz"
Inventarisierung (Bau-)materialien in der Schweizer Ökoininventardatenbank ecoinvent

ETH-UNS:
Diverse Projekte zu dynamischer Stoffflussanalyse, Enwicklung der Methode umweltprozessbezogene Akteursanalyse und Anwendung in der Abfallwirtschaft und Holzwirtschaft in der Schweiz. Erarbeitung der quantitativen methodischen Grundlagen zur Anwendung der Industrieanalyse im abfallwirtschaftlichen Kontext. Entwicklung diverser Methoden zur Konsensfindung

Project aims (German)

Entwicklung eines Instrumentes zur Bewertung von konkreten Strategien zur Nutzung von Recyclingbaustoffen und Erarbeiten von Empfehlungen, wie Angebot und Nachfrage von mineralischen Abbruchmaterialien aus Hoch- und Tiefbau unter Berücksichtigung von ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekten so in Übereinstimmung gebracht werden können, dass eine bezüglich nachhaltiger Entwicklung optimale Situation resultiert.

Project aims (English)

Development of a tool for assessing strategies to use recycled mineral building materials and for developing recommendations on how to match supply and demand of mineral waste materials from civil engineering and building constructions, considering economic, ecologic and social aspects in order to optimise the overall impacts on sustainable development.

Research agenda (German)

Das Projekt ist in 2 Modulen aufgebaut (Abbildung 3 im Anhang 2).
Im Modul 1 werden einerseits das Angebot an Recyclingbeton, andererseits die Nachfrage nach Baustoffen bis zum Jahr 2100 ermittelt. Aufgrund von Informationen über die Bauwerke werden die künftig anfallenden Abfälle geschätzt. Die Resultate aus den geplanten Untersuchungen der EMPA Abteilungen Beton/Bauchemie und Ingenieurstrukturen liefern Kenntnisse über die potentielle Verwendung der Bauabfälle. Die Nachfrage nach Baumaterialien wird anhand von vorhandenen Prognosen und in Gesprächen mit Experten ermittelt. In diesem Zusammenhang wird in einer Akteursanalyse auch die Akzeptanz von Recyclingmaterialien für bestimmte Anwendungen ermittelt und in den Nachfrageprognosen berücksichtigt.
Im Modul 2 werden ausgewählte Szenarien aus dem Modul 1 aus ökologischer, ökonomischer und sozialer Sicht bewertet.

Transfer and application (German)

Das entwickelte Instrument (EDV) kann direkt zur Nachhaltigkeitsbeurteilung konkreter Rückbau- und Recyclingoptionen z.B. im Strassen- oder Kunstbautenbereich verwendet werden.
Die Empfehlungen können in Fachpublikationen bekannt gemacht werden und so zu nachhaltigeren Lösungen auch bei kleineren Projekten, für die keine spezifischen Abklärungen gemacht werden, führen.

Berichtsnummer (German)

1479

Berichtsnummer (English)

1479

Literature (German)

Baccini, P., und Bader, H.-P. (1996). Regionaler Stoffhaushalt, Erfassung, Bewertung und Steuerung. Heidelberg, Germany: Spektrum Akademischer Verlag.
Binder C., Bader H.P., Scheidegger R., Baccini P., 2001, Dynamic models for managing durables using a stratified approach: the case of Tunja, Colombia, Ecological Economics, 38 (2) pp 191-207.
Binder C.R., Hofer C., Wiek A., and Scholz R.W., 2004, Transition towards improved regional wood flow by integrating material flux analysis with agent analysis: the case of Appenzell Ausserrhoden, Switzerland, Ecological Economics, 49 (1): 1-17.
Binder C.R., Modeling dynamics of resource use in human-environment systems: A contribution to transitions towards sustainable development. Habilitation thesis submitted 9/2004.
BUWAL (2001) Bauabfälle Schweiz - Mengen, Perspektiven und Entsorgungswege; Band 1: Kennwerte. Bern: Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL).
Hoffmann, C. & Leemann, A. (2004) Materialkenngrössen von Beton aus Mischabbruch. Dübendorf: Empa, Abt. Beton / Bauchemie.
Kytzia, S., Faist, M., & Baccini, P. (2004). Economically extended-MFA: a material flow approach for a better understanding of food production chain. Journal of Cleaner Production, 12, 877-89.
Lang, D. J, Binder, C., Scholz, R.W., Schleiss, K., Stäubli. B. Separate bio-waste transformation: from public service to market products? An integrative analysis combining material flow analysis and industry analysis (submitted to Resources, Conservation and Recycling, March 2005).
Moser, K., Bertschinger, H., Hugener, M., Kramer, H., Richner, P. & Richter, K. (2004) Baustoffmanagement 21; Stand des Wissens und Forschungsbedarf. In: p. 42. Zürich: Novatlantis.
Porter, M. E. (1980). Competitive Strategy: Techniques for Analyzing Industries and Competitors. New York: Free Press.
Scholz, R. W., and Tietje, O., 2002. Embedded case study methods: Integrating quantitative and qualitative knowledge. Sage Publications, Thousand Oaks, London, New Delhi.
Seppälä, J., Melanen, M., Jouttijärvi, T., Kauppi, L. & Leikola, N. (1998) Forest Industry and the Environment; A Life Cycle Assessment Study from Finland. Resources, Conservation and Recycling 23(1-2): 87-105.