Sustainability of wood utilization: modeling the carbon effects of cascading structural wood in Finland

Abstract

Increased concern about climate change has led to a search for methods to reduce environmental impacts in all sectors. In the next 30 to 80 years, reducing greenhouse gas (GHG) emissions to the atmosphere and increasing sinks are key for reaching targets set by the international community. For this purpose, wood could be used to avoid GHG emissions by substituting emission intensive technologies and store carbon in man-made structures. In Finland, most detached houses have historically been built with a wooden frame, and a significant storage of carbon already exists in buildings in-use. This building stock is not permanent, and most wood from demolition is incinerated with energy recovery. Currently energy use of wood residues is considered a climate change mitigation option, however, incineration releases carbon which further contributes to the climate change problem. For this reason, extending the lifetime of products is viewed as a method for reducing the climate impact of wood use. This study aims to assess and compare the carbon effects of primary and secondary wood use in the construction of structural frames for detached houses, and to quantitatively estimate the emission reduction potential of applying realistic reuse rates in this sector. The approach for calculating life cycle emissions was structured according to standard EN 15804 and included the assumption that harvesting results in a reduction in forest carbon sink. The results suggest that the life cycle carbon emissions of secondary wood are significantly lower than that for primary wood when the considered timeframe is 100 years, and secondary wood is free from environmental burdens from the previous life cycle. In this approach, compared to business as usual, reusing 10% of wood structures from detached buildings constructed after 1920 could reduce annual C emissions to the atmosphere by 7.4 %, while 10 % reuse of structures from buildings built 1920 - 2020 and 50% from buildings constructed after 2020 could allow a reduction of 18.5 % over the 100 year period. The simplified approach applied in this study captures the main interactions of different policies, however, more research is needed into emission intensities and building stock statistics to improve the understanding of the assessed systems.

Klimatförändringen har skapat ett ökat behov för nya metoder som kunde bidra till att minska miljöpåverkan i alla sektorer, och att växa upptag och minska utsläpp av växthusgaser till atmosfären under de nästa 30 till 80 åren är väsentligt för att nå internationella mål. Trä är ett material som kunde användas för att lagra kol i konstgjorda strukturer och minska utsläpp av växthusgaser genom att ersätta andra material. Historiskt sett har de flesta fristående småhus i Finland byggts med trästomme, vilket betyder att ett betydligt lager av kol redan finns i byggnader. Lagret är inte bestående och efter rivning förbränns materialet för energiåtervinning. För tillfället klassificeras förbränning av träavfall som klimatneutralt, även om det orsakar utsläpp vilket bidrar till klimatförändringarna. Denna avhandling syftar till att analysera hur användning av nytt (primär) och återanvänt (sekundär) trä påverkar kolbalansen. Genom att beräkna livscykelutsläppen för primärträ som används en gång som trästomme i fristående småhus och sekundärträ som återanvänds en gång med samma funktion, kunde den möjliga utsläppsminskningen till resultat av en ökad återanvändningsgrad uppskattas. Metoden för att beräkna livscykelutsläppen baserades på standarden EN 15804 och inkluderade antagandet för att avverkning av skog leder till en minskad kolsänka. Resultaten av denna avhandling tyder på att livscykelutsläppen för systemet som använder sig av sekundärträ är betydligt mindre än för det primära systemet när tidsramen är 100 år och det antas att sekundärt trä är fritt från miljöbörda från föregående livscykler. I jämförelse med ett referensscenario uppskattas det att 10 % återanvändning av trästommar från fristående småhus byggda efter 1920 kunde leda till en årlig minskning av 7.4 % i kolutsläpp, och att 10 % återanvändning för fristående småhus byggda 1920 - 2020, samt 50 % återanvändning för dem byggda efter år 2020 kunde i genomsnitt leda till en minskning av 18.5 % kol per år under de nästa 100 åren. Den förenklade metoden som användes i denna studie fångar de huvudsakliga interaktionerna till följd av en begränsad mängd handlingar, men det krävs fortfarande mer forskningsinsatser i utsläppsfaktorer och statistik kring byggnaders komposition för att förbättra förståelsen av de analyserade systemen.