Opportunities in recycling waste-to-energy residues into construction materials

To support climate change mitigation and circular economy goals, the construction sector must shift toward low-carbon and resource-efficient practices. This study explores the potential use of alternative concretes to substitute conventional cement by integrating waste-streams, as bottom ashes and fly ashes into concrete production. A methodological framework combining geospatial analysis, life cycle assessment, and mixed-integer linear programming is applied to optimize supply chain networks for waste recycling. The model has been applied to the current available data of the industrial plants currently operating in Belgium and Finland; lately the volumes of incinerated waste in both countries has been trended up to 2050. For Belgium, has been inserted in the model also the use of waste-streams into the supply-chain of clay bricks. Results show that direct synergies between waste producers and concrete manufacturers can currently reduce total CO₂ eq. emissions by up to respectively 30% and 62% in Belgium and Finland, compared to traditional cement-based concrete. In the current optimized scenarios, also total costs are reduced by 18% and 44%, respectively. By 2050, the integration of these waste streams into alternative concrete could lower GHG emissions of Belgium and Finland from industry and heavy transport respectively by around 0.12 and 0.35 Mt CO₂ eq. emissions contributing significantly to the countries sectoral climate targets and reducing the impacts due the production of cement.

Per supportare gli obiettivi di mitigazione dei cambiamenti climatici e di economia circolare, il settore delle costruzioni deve orientarsi verso pratiche a basse emissioni di carbonio e a tecnologie efficienti, che utilizzino al meglio le risorsre. Questo studio è finalizzato a indagare il potenziale utilizzo di calcestruzzi alternativi in sostituzione al calcestruzzo tradizionale, integrando nella produzione di questi nuovi materiali flussi materie prime-seconde, quali le ceneri pesanti e volanti, provenienti dalla valorizzazione dei rifiuti. Il modello utilizato combina l’analisi geospaziale e la valutazione del ciclo di vita dei materiali attraverso un sistema programmazione lineare mista-intergata. L’obiettivo finale è volto ad ottimizzare, in termini economici ed emissivi, la rete industriale che utilizza le ceneri da termovalorizzazione come fonte di approvigionamento per la produzione di materiali cementizi. Il modello sviluppato è stato applicato ai dati dei volumi di incenerimento e produzione attualmente disponibili per gli impianti industriali operativi in Belgio e Finlandia; questi dati sono stati proiettati fino al 2050 per verificare come portà evolversi tale supply-chain nel futuro. Per il Belgio, è stato inserito nel modello anche l'utilizzo di flussi di ceneri destinati alla produzione dei mattoni in argilla. I risultati mostrano che le sinergie dirette tra produttori di rifiuti e produttori di calcestruzzo possono attualmente ridurre le emissioni totali di CO₂ equivalente rispettivamente fino al 30% e al 62% in Belgio e Finlandia, rispetto all’uso di soli calcestruzzi tradizionali a base di cemento. Negli scenari attuali ottimizzati, anche i costi totali si riducono rispettivamente del 18% e del 44%. Entro il 2050, l'integrazione di questi flussi di rifiuti da termovalorizzazione nella prouzione di calcestruzzi alternativi potrebbe ridurre le emissioni di gas serra di Belgio e Finlandia, derivanti rispettivamente dall'industria del cemento e dal trasporto pesante delle materie prime, di circa 0,12 e 0,35 Mt di CO₂ equivalente, contribuendo in modo significativo al raggiungimento degli obiettivi climatici settoriali dei due Paesi e riducendo gli impatti dovuti alla produzione di cemento.