Introduction to Sustainable Construction Module 3. Sustainable Construction Materials Master in European Construction Engineering
Daniel Castro Fresno
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Introduction to Sustainable Construction Module 3. Sustainable Construction Materiales
Table of Contents • Sustainable aggregates and concretes. • Sustainable bituminous mixtures. • Basics of life cycle analysis. • Case studies.
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Fundamentals of Life Cycle Analysis and Environmental Labelling
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Introduction • Definition of LCA: gathering and evaluation of inputs, outputs and the potential environmental impacts of a product of the system throughout its life cycle. • Life Cycle: a set of consecutive and interlinked stages of a product system from its generation from natural resources (raw materials) to disposal (waste).
http://www.ecointeligencia.com/2013/02/analisis-ciclo-vida-acv/ 39 Master in European Construction Engineering
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• The Life Cycle Analysis (LCA) -Life Cycle Assessment (LCA) is an analytical technique that allows a better understanding of the environmental impacts associated with a product, facilitating decision-making.
http://blog.isotools.org/tag/declaraciones-ambientalesde-producto/
• LCA is applicable in: – Environmental Impact Assessment (EIA). – Environmental Management Systems (certifications ISO 14001 and EMAS). – Environmental communication (eg Global Reporting Initiative). – Environmental risk assessment (eg. Environmental responsibility). – EPD (Ecolabelling, EPD) Master in European Construction Engineering
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• LCA has a three-pronged approach: – Environmental focus by failing to consider economic and social issues (although they can be added using other tools). – Relative focus by being structured all analyzes around a functional unit (product). – Iterative focus by being comprised of interrelated phases that require several approaches to ensure greater integrity and consistency of the study and the results achieved. • LCA does not have to be the most appropriate technique for environmental analysis of all applications. • LCA can be combined with any other technique for environmental analysis, taking information from them or provide additional information. 41 Master in European Construction Engineering
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• LCA assesses the environmental aspects and potential impacts associated with the product system and / or process by: – The compilation of a inventory of inputs and outputs of subject and energy more relevant – Evaluating potential impacts on the environment associated with those inputs and outputs, – Interpretation of results of the inventory and evaluation phase according to the objectives and scope of the study. • Provisions should be made, depending on the intended application of LCA to respect confidentiality and ownership.
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• LCA can help to: • Select indicators of relevant environmental performance, as well as their measurement techniques (better know what you do). • Identify opportunities to improve the environmental performance of products (energy and resource savings; i.e. money). • Inform to decision makers in industry, government or charities (providing knowledge to producers and consumers). RESPONSIBLE CONSUMPTION - REVOLUTION OF DEMAND • Strengthen marketing of a product publicly showing an independent or self-certification (eg. an environmental labeling, environmental claim or an environmental statement). 43 Master in European Construction Engineering
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• GaBi Software - "Ganzheitliche Bilanz "(PE International). • SimaPro - World's Leading LCA Software (Pre). CAP'EM AIMS to Increase awareness and use of environmentally friendly building materials. Pré developed the Innovative CAP'EM to share sustainability metrics Compass with architects and other stakeholders. • openLCA - Free, Professional LCA and footprint software (GreenDelta). • Ecoinvent - The world's leading supplier of consistent and transparent life cycle inventory (LCI) data of renown quality (ETHZ,EPFL,PSI,Empa and Agroscope). • Palate - Pavement Life-cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects (University of California, Berkeley) • ROAD-RES - Life cycle assessment of residue use in road construction (Technical University of Denmark - DTU). 44 Master in European Construction Engineering
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Phases of LCA 1. 2. 3. 4.
Definition of objective and scope Life Cycle Inventory (LCI) Environmental Impact Assessment of the Life Cycle Assessment (LCIA) Interpretation of results
http://blog.pucp.edu.pe/item/523 09/analisis-de-ciclo-de-vida 45 Master in European Construction Engineering
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1. Definition of goal and scope •
The target of a LCA must state: – The public who will be informed of the results of the study (For whom?). – The reasons for the study (Why?). – The application or intended use (For what?) - If you plan to use the results in comparative assertions that will be disseminated to the public, it is necessary to apply specific requirements in the LCA (eg. to obtain certification).
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The scope depends on the subject and purpose of the study and includes: – Delineating the boundaries of the system (amplitude). – Level of Analysis (depth). 46 Master in European Construction Engineering
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The scope of an LCA should include the following points: – The product system to study. – The functions of the product system. – The functional unit. – The system limits. – Allocation procedures. – The selected impact categories, together with the impact assessment methodology and subsequent interpretation to use. – The requirements for data (initial quality and integrity). – The assumptions (hypotheses). – The limitations. – The type of critical review (if foreseen). – The type and format of the required report. 47 Master in European Construction Engineering
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2. Life Cycle Inventory (LCI) • LCI: collection of the data needed and quantification of inputs and outputs of the product system, including subsequent analysis of inventory generated. • Unit Process: smaller process considered in the analysis of life cycle inventory for which input and output data are quantified. – Process: set of interrelated or interacting activities which transforms inflows into outflows. • Product system: a set of unitary processes and flows that serves as a model of the life cycle of a product. – System limit: set of criteria specifying which unit processes are part of a product system (and what are not). 48 Master in European Construction Engineering
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• Ideally, the product system should be modeled so that the inputs and outputs at its boundaries are elementary flows (full model). – Elementary flow: material or energy entering or leaving the system under study, which has been extracted from or released to the environment without prior or subsequent transformation by human beings (on the one hand, it includes the use of resources and, on the other hand, emissions to air, discharges to water and ground). • When the system limits are established, it must be decided whether to include several important stages of the life cycle.
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• Flows can be classified according to what is flowing: – Product flow: products. – Matter flow: amount of matter (mass or volume). – Energy flow: power units. • And according to the direction in which it is flowing: – Inflow: flow into a unit process. – Intermediate flow: flow occurring between unitary processes. – Outflow: flow out of a unitary process.
• Cutoff criteria: amount of matter or energy or level of environmental importance of a flow necessary for inclusion in the study. 50 Master in European Construction Engineering
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3. Life cycle impact assessment (LCIA). • •
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LCIA: Identification, study and evaluation of the magnitude and significance of the potential environmental impacts of a product system. Objective: to provide environmental information to complement the data resulting from LCI (helping to better understand the environmental importance of each process and / or component of the system under study). LCA is unable to predict absolute environmental impacts (works with potential) due to: – The relativity of the analysis (environmental impacts are estimated relative to a reference unit, eg. product kg). – Integration of environmental data in space and time. – The uncertainty inherent to the model (product system limitations.) – Some of the environmental impacts are considered future (forecasts). 51 Master in European Construction Engineering
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Impact category: class representing environmental issues of concern to which you can assign the results of the inventory analysis of the cycle of life. Impact category indicator: quantifiable representation of an impact category. Category endpoint: attribute or aspect of the natural environment, human health or resources that identifies an environmental issue of concern. Environmental mechanism: Set of physical, chemical and biological processes for a given impact category, which links the results of the analysis of ILC with category indicators and with category final points. Characterization factor: factor arising from a characterization model which is applied to convert the result of the analysis of life cycle inventory assigned to the common unit of the category indicator.
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4. Interpretation of results •
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In this final phase the results of the ILC and LCIA are summarized and discussed, giving way to the conclusions and recommendations, with the aim to facilitate decision-making according to the purpose and scope initially defined. Interested party: individual or group that has an interest or is affected by the environmental performance of a product or system by LCA results. The LCA may enable the realization of comparative assertions, understood as environmental statements regarding the superiority or equivalence of one product over another competing product that performs the same function. 53 Master in European Construction Engineering
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The LCA ends with the writing of a report which should include a critical review identifying its limitations, the relationship between the different phases and conditions for use of value judgments and optional elements. Assessment: element in the interpretation phase of the life cycle that aims to establish the confidence level in the LCA results. Integrity verification: process to verify if the information in the different phases of an LCA is sufficiently complete to draw conclusions, according to the definition of the objective and scope. Verification of coherence: process conducted before reaching conclusions, to verify that the assumptions, methods and data are applied consistently throughout the study and are according to the definition of the objective and scope. Verification of the sensitivity analysis: process to verify that the information obtained is relevant to draw conclusions and make recommendations (otherwise, iteration). 54 Master in European Construction Engineering
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REFERENCES • • • • • • • • • •
EN ISO 14040: 2006 Environmental management. Life-cycle assessment. Principles and framework. EN ISO 14044: 2006 Environmental management. Life-cycle assessment. Requirements and guidelines. Conference on ETSIIT Pere Fullana Santander in 2008, organized by Department of Chemical Engineering, University of Cantabria. Responsible consumption: http://www.consumoresponsable.org Ecoesme: http://www.ecosmes.net/ Wikipedia. Historical Archives of the Construction Area (Dept. Transports, U.C.). Angel Vega Zamanillo (2013). Sustainable Construction - Sustainable bituminous mixtures. Carlos Thomas (2012). Summer UC on recycled concrete. Eco-labeling: green inside, sold out. Garrigues, Madrid, Ecoiuris; Law, 2003 (ISBN 9788497253673)
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Introducci贸n a la Construcci贸n Sostenible M贸dulo 3. Materiales de Construcci贸n Sostenibles Master in European Construction Engineering
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Tabla de Contenidos • Áridos y hormigones sostenibles. • Mezclas bituminosas sostenibles. • Fundamentos del análisis del ciclo de vida. • Casos prácticos.
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Introducciรณn a la Construcciรณn Sostenible Mรณdulo 3. Materiales de Construcciรณn Sostenibles
Fundamentos del Anรกlisis del Ciclo de Vida y el Etiquetado Ambiental
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Introducción • Definición de ACV: recopilación y evaluación de las entradas, las salidas y los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto a través de su ciclo de vida. • Ciclo de Vida: conjunto de etapas consecutivas e interrelacionadas de un sistema del producto desde su generación a partir de recursos naturales (materias primas) hasta su disposición final (residuos).
http://www.ecointeligencia.com/2013/02/analisis-ciclo-vida-acv/ 4 Master in European Construction Engineering
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• El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) - Life Cycle Assessment (LCA) es una técnica de análisis que permite comprender mejor los impactos ambientales asociados a un producto, facilitando la toma de decisiones.
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• El ACV tiene aplicación : – Evaluación del Impacto Ambiental (EIA). – Sistemas de Gestión Ambiental (certificaciones ISO 14001 y EMAS). – Comunicación ambiental (ej. Global Reporting Iniciative). – Evaluación de riesgos ambientales (ej. responsabilidad ambiental). – Declaraciones ambientales (Etiquetado Ecológico, EPD...) Master in European Construction Engineering
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• El ACV tiene un triple enfoque: – Enfoque ambiental, al no considerar aspectos económicos ni sociales (si bien pueden ser añadidos mediante otras herramientas). – Enfoque relativo, al estar estructurados todos los análisis entorno a una unidad funcional (producto). – Enfoque iterativo, al estar constituido por fases interrelacionadas que requieren de varias aproximaciones para asegurar un mayor grado de integridad y coherencia del estudio y de los resultados alcanzados. • El ACV no tiene porque ser la técnica de análisis ambiental más apropiada para todas las aplicaciones. • El ACV puede combinarse con cualquier otra técnica de análisis ambiental, tomar información de ellas o ofrecerles información complementaria. Master in European Construction Engineering
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• El ACV permite evaluar los aspectos ambientales y los impactos potenciales asociados al sistema de producto y/o proceso, mediante: – La recopilación de un inventario de las entradas y salidas de materia y energía más relevantes, – La evaluación de los impactos potenciales sobre el medio ambiente asociados con esas entradas y salidas, – La interpretación de los resultados de las fases de inventario y de evaluación de acuerdo con los objetivos y alcance del estudio. • Deben establecerse disposiciones, dependiendo de la aplicación prevista del ACV, para respetar la confidencialidad y la propiedad.
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• El ACV puede ayudar a: • Seleccionar los indicadores de desempeño ambiental pertinentes, así como sus técnicas de medición (saber mejor lo que se hace). • Identificar oportunidades para mejorar el desempeño ambiental de los productos (ahorros energéticos y de recursos = dinero). • Informar a quienes toman las decisiones en la industria, los gobiernos o las ONGs (aportar conocimiento a productores y consumidores). CONSUMO RESPONSABLE – REVOLUCIÓN DE LA DEMANDA • Reforzar el marketing de un producto mostrando públicamente una certificación independiente o propia (ej. un etiquetado ambiental, una reivindicación ambiental o una declaración ambiental). 8 Master in European Construction Engineering
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• GaBi Software - "Ganzheitliche Bilanz" (PE International). • SimaPro - World’s Leading LCA Software (PRè). CAP’EM aims to increase awareness and use of environmentally friendly building materials. PRé developed the innovative CAP’EM Compass to share sustainability metrics with architects and other stakeholders. • openLCA – Free, professional LCA and footprint software (GreenDelta). • Ecoinvent - the world's leading supplier of consistent and transparent life cycle inventory (LCI) data of renown quality (ETHZ, EPFL, PSI, Empa and Agroscope). • PaLATE - Pavement Life-cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects (University of California, Berkeley) • ROAD-RES - Life cycle assessment of residue use in road construction (Technical University of Denmark - DTU). 9 Master in European Construction Engineering
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Fases del ACV 1. 2. 3. 4.
Definición del objetivo y del alcance Inventario del Ciclo de Vida (ICV) Evaluación del Impacto Ambiental del Ciclo de Vida (EICV) Interpretación de los resultados
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1. Definición del objetivo y del alcance •
El objetivo de un ACV debe establecer: – El público a quien se va a comunicar los resultados del estudio (¿para quién?). – Las razones para realizar el estudio (¿por qué?). – La aplicación o uso previsto (¿para qué?) - Si se prevé utilizar los resultados en aseveraciones comparativas que se divulgarán al público, es necesario aplicar unos requisitos específicos al ACV (ej. Para la obtención de una certificación).
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El alcance depende del tema y del objetivo del estudio e incluye: – Delimitación de los límites del sistema (amplitud). – Nivel de detalle del análisis (profundidad). 11 Master in European Construction Engineering
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El alcance de un ACV debe incluir los siguientes puntos: – El sistema del producto a estudiar. – Las funciones del sistema del producto. – La unidad funcional. – Los límites del sistema. – Los procedimientos de asignación. – Las categorías de impacto seleccionadas, junto con la metodología de evaluación de impacto y la subsecuente interpretación a utilizar. – Los requisitos relativos a los datos (calidad inicial e integridad). – Las suposiciones (hipótesis). – Las limitaciones. – El tipo de revisión crítica (si está prevista). – El tipo y el formato del informe requerido. 12 Master in European Construction Engineering
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2. Inventario del ciclo de vida (ICV) • ICV: recopilación de los datos necesarios y cuantificación de las entradas y las salidas del sistema del producto, incluyendo el análisis posterior del inventario generado. • Proceso unitario: proceso más pequeño considerado en el análisis del inventario del ciclo de vida, para el cual se cuantifican datos de entrada y salida. – Proceso: conjunto de actividades mutuamente relacionadas o que interactúan, las cuales transforman flujos de entrada en flujos de salida. • Sistema del producto: conjunto de procesos unitarios y flujos que sirve de modelo del ciclo de vida de un producto. – Límite del sistema: conjunto de criterios que especifican cuales de los procesos unitarios son parte de un sistema del producto (y cuales no). 13 Master in European Construction Engineering
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• Idealmente, el sistema del producto se debería modelar de tal manera que las entradas y las salidas en sus límites sean flujos elementales (modelo completo). – Flujo elemental: materia o energía que entra al sistema o sale del sistema bajo estudio, que ha sido extraído del medio ambiente o liberado al medio ambiente sin una transformación previa o posterior por el ser humano (por un lado, incluye la utilización de recursos, y, por otro lado, las emisiones a la atmósfera, los vertidos al agua y al suelo). • Cuando se establecen los límites del sistema, se debe decidir si se incluyen o no varias etapas importantes del ciclo de vida.
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• Los flujos pueden ser clasificados según lo que fluye: – Flujo de producto: productos. – Flujo de materia: cantidad de materia (volumen o masa). – Flujo de energía: unidades de energía. • Y según la dirección hacia la que fluye: – Flujo de entrada: flujo que entra en un proceso unitario. – Flujo intermedio: flujo que ocurre entre procesos unitarios. – Flujo de salida: flujo que sale en un proceso unitario.
• Criterio de corte: cantidad de materia o de energía o nivel de importancia ambiental de un flujo necesarios para su inclusión en el estudio. 15 Master in European Construction Engineering
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3. Evaluación del impacto ambiental del ciclo de vida (EICV). • •
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EICV: Identificación, estudio y evaluación de la magnitud y significatividad de los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto. Objetivo: proporcionar información ambiental que complemente los datos resultantes del ICV (permitiendo comprender mejor la importancia ambiental de cada proceso y/o elemento del sistema objeto de estudio). El ACV no es capaz de predecir impactos ambientales absolutos (trabaja con potenciales) debido a: – La relatividad del análisis (se estiman los impactos ambientales con relación a una unidad de referencia, ej. Kg de producto). – La integración de los datos ambientales en el espacio y en el tiempo. – La incertidumbre inherente al modelo (limitaciones del sistema de producto). – Algunos de los impactos ambientales considerados son futuros (previsiones). 16 Master in European Construction Engineering
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Categoría de impacto: clase que representa asuntos ambientales de interés a la cual se puede asignar los resultados del análisis del inventario del ciclo de vida. Indicador de categoría de impacto: representación cuantificable de una categoría de impacto. Punto final de categoría o categoría de punto final: atributo o aspecto del entorno natural, la salud humana o los recursos que identifica un asunto ambiental de interés. Mecanismo ambiental: sistema de procesos físicos, químicos y biológicos para una categoría de impacto dada, que vincula los resultados del análisis de ICV con indicadores de categoría y con puntos finales de categoría. Factor de caracterización: factor que surge de un modelo de caracterización, que se aplica para convertir el resultado del análisis de inventario del ciclo de vida asignado a la unidad común del indicador de categoría. 17 Master in European Construction Engineering
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4. Interpretación de los resultados •
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En esta fase final se resumen y discuten los resultados del ICV y del EICV, dando lugar a las conclusiones y recomendaciones, cuyo objeto es facilitar la toma de decisiones de acuerdo con el objetivo y alcance definidos inicialmente. Parte interesada: persona o grupo que tiene un interés o está afectado por el desempeño ambiental de un sistema del producto o por los resultados del ACV. El ACV completo puede permitir la realización de aseveraciones comparativas, entendidas como declaraciones ambientales en relación con la superioridad o la equivalencia de un producto con respecto a otro producto competidor que realiza la misma función. 18 Master in European Construction Engineering
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El ACV finaliza con la redacción de un informe que debe incluir una revisión crítica, identificando sus limitaciones del ACV, la relación entre las distintas fases y las condiciones de utilización de juicios de valor y elementos opcionales. Evaluación: elemento dentro de la fase de interpretación del ciclo de vida que pretende establecer el nivel de confianza en los resultados del ACV. Verificación de integridad: proceso para verificar si la información de las distintas fases de un ACV es suficientemente completa para llegar a conclusiones, de acuerdo con la definición del objetivo y alcance. Verificación de coherencia: proceso, realizado antes de llegar a conclusiones, para verificar que las suposiciones, los métodos y los datos se aplican de forma coherente en todo el estudio y están de acuerdo con la definición del objetivo y alcance. Verificación del análisis de sensibilidad: proceso para verificar que la información obtenida es pertinente para extraer conclusiones y formular recomendaciones (si no, iteración). 19 Master in European Construction Engineering
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Referencias • • • • • • • • • •
EN ISO 14040:2006 Gestión ambiental. Análisis de ciclo de vida. Principios y marco de referencia. EN ISO 14044:2006 Gestión ambiental. Análisis de ciclo de vida. Requisitos y directrices. Conferencia de Pere Fullana en la ETSIIT de Santander en 2008, organizada por el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Cantabria. Consumo responsable: http://www.consumoresponsable.org Ecoesme: http://www.ecosmes.net/ Wikipedia. Archivo histórico del Área de Ingeniería de la Construcción. Ángel Vega Zamanillo (2013) Construcción sostenible – mezclas bituminosas sostenibles. Carlos Thomas (2012) Curso de verano de la UC sobre hormigones reciclados. El etiquetado ecológico: verde por dentro, vende por fuera. Garrigues, Comunidad de Madrid, Ecoiuris; La Ley, 2003 (ISBN 9788497253673)
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