Ny forskning: Kan redusere CO₂-utslipp fra brobygging med 30 prosent

Et nylig gjennomført forskningsprosjekt viser at det er mulig å redusere materialbruken i brodekker – og dermed CO₂-utslippene – med opptil 30 prosent. – Det er et stort potensial i å bygge mer bærekraftige broer, sier Jesper Asferg, divisjonsdirektør for Transport og byutvikling i COWI.

De siste 60 årene har vi ikke sett noen grunnleggende endringer i utformingen av brodekkene i hengebroer. Norges nest lengste hengebro, Hålogalandsbrua i Narvik, er et eksempel på denne brotypen. Det danske landemerket Storebælt, er et annet.

For å dekke etterspørselen etter enda lengre broer, har Danmarks tekniske universitet (DTU) og COWI studert hvordan man kan redusere vekten på brodekker ved å optimalisere strukturene, for dermed å kunne øke spennet. Resultatene av forskningsprosjektet, som nylig ble publisert i det anerkjente vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications, indikerer at potensialet er enormt – også for å redusere broers klimafotavtrykk.

– Vi brukte ulike metoder for å undersøke hvordan man best kan utnytte materialene. Først prøvde vi å optimalisere bruken i tradisjonelle strukturer ved å bruke tverrskott i brodekket til å oppnå en teoretisk vektreduksjon på opptil 14 prosent, sier Mads Jacob Baandrup.

Baandrup gjennomførte analysene i forbindelse med doktorgradsprosjektet sitt, og jobber nå som ingeniør i broavdelingen til COWI International.

Endret struktur gir lavere materialbruk

Jesper Asferg, divisjonsdirektør for Transport og byutvikling i COWI. Foto: Ragnhild Heggem Fagerheim

I håp om å oppnå flere besparelser undersøkte forskerne muligheten for å endre den strukturelle utformingen på brodekket gjennom databeregninger.

Det innebar blant annet at noen av tverrskottene som nå var rette, ble bøyd. Slik kunne de fjerne 28 prosent av materialet som tidligere ville blitt brukt i brodekkene. Dermed oppnås en tilsvarende reduksjon av CO₂-utslipp generert under produksjon og transport av betong og stål.

En superdatamaskin er brukt til å kjøre en svært omfattende beregning, som ville tatt 155 år å utføre på en ordinær datamaskin. Det er blant de største strukturelle optimaliseringene som noen gang har blitt gjennomført.

CO₂-besparing for morgendagens hengebroer

Flere analyser må til før den nye utformingen kan brukes på reelle broprosjekter. COWI føler seg likevel trygge på at forskningen gir verdifull kunnskap om morgendagens hengebroer.

– Den nye utformingen av brobjelker kan gi en vekt- og CO₂-reduksjon på opptil 20 prosent for hele broen, noe som selvfølgelig er fordelaktig for klimaet, sier teknisk direktør i COWI Henrik Polk som deltok i forskningsprosjektet.

DTU er også svært fornøyd med resultatene. Professor Ole Sigmund ved DTUs Institutt for mekanikk tror topologioptimaliseringen kan brukes for å sikre en bærekraftig utforming av andre store bygningsstrukturer, som skyskrapere.

– Vi ønsker å gå dypere inn i det feltet, og siden bygningsindustrien står for 39 prosent av de globale CO₂-utslippene, kan nesten enhver reduksjon være interessant, sier Sigmund.

Bærekraftig potensial med norsk relevans

– Dette viser hvor stort potensialet er for å bygge mer bærekraftige broer, sier Jesper Asferg, divisjonsdirektør for Transport og byutvikling i COWI.

Han tror de nordiske landene har et godt utgangspunkt for å sette standarden for fremtidens bærekraftige brobygging.

– Norden ligger langt fremme på utviklingsskalaen, miljøfokuset høyt og konsensusen er sterk. Dette er særlig tydelig i Norge: Bærekraft står høyt på agendaen hos norske oppdragsgivere og entreprenører og vi ser at flere også vektlegger CO₂-utslipp høyt i noen av tildelingene sine. Det er en mulighet for oss å ha dette i hjemmemarkedet vårt, sier Asferg.

Selv om det danske forskningsprosjektet ser på stålbrudekker, tror han særlig at materialbesparelser i betongkonstruksjoner kan bety mye for miljøet. Betongproduksjon står for rundt 3 prosent av CO2‐utslippene i Norge, og 5 prosent av utslippene på verdensbasis.

– Vi skal være ærlig om at en stor konstruksjon har et stort klimaavtrykk. Betong er det mest utbredte byggematerialet i brusektoren. Mye vil handle om produktoptimalisering og effektiv materialbruk. Når vi klarer å bygge ved å bruke mindre betong, i kombinasjon med alternative og kortreiste materialer, så hjelper vi klima reelt.

Asferg forteller at COWI og samarbeidspartnere nå er i gang med et lignende forskningsprosjekt som ser på de samme mulighetene for materialbesparelser i betongbroer.

Han tror forskning og utvikling vil være helt avgjørende når klimafotavtrykket til byggenæringen skal reduseres.

– Vi ønsker å ta dette inn i våre prosjekter, men da må man først endre regelverk. Det er et nasjonalt anliggende. Vi skal bidra til at det blir evidensbasert. Eurocode blir laget i samspill mellom flere land. Gjennom deltakelse i normutvalg kan man flytte grensene, sier Jesper Asferg.

Om forskningsprosjektet:

Beregningene av topologioptimaliseringen ble utført på en PRACE superdatamaskin (Partnership for Advanced Computing in Europe).

Finansiering: