Digital material inventories for sustainable urban mining
- Reference number
- FFL21-0082
- Project leader
- Hollberg, Alexander
- Start and end dates
- 220801-271231
- Amount granted
- 15 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The main goal of this project is to develop a method supporting reuse and recycling of urban construction materials based on digital twins to save greenhouse gas emissions. Cities are responsible for 70% of greenhouse gas emissions and 80% of resource consumption. Especially, for construction materials, there is a high potential for circular economy (CE) strategies and urban mining. To enable this urban mining of construction materials, a detailed inventory of the material stock is needed. Current modelling approaches use a few representative sample projects and extrapolate the data to the city level. However, to be able to reuse materials and components, it needs to be known where they are, when they will be available, and in what condition they are. Such a detailed inventory does not exist today. The project addresses this lack by using of the concept of an urban digital twin (UDT). The information about the materials will be collected using a unique combination of remote sensing, computer vision, and statistical approaches. Using novel detailed material libraries and machine learning, the information will be added to the UDT. Furthermore, the method of Life Cycle Assessment is developed further to allow for dynamic assessment of the environmental impact of different CE strategies considering the uncertainties. Finally, the methods will be implemented in a prototype tool and tested with stakeholders in two real world case studies as a basis for further utilisation.
Popular science description
Städer står för 70% av utsläppen av växthusgaser och för 80% av resursförbrukningen. Eftersom byggsektorn står för mer än 50% av avfallet finns det en stor potential för strategier för cirkulär ekonomi (CE), till exempel återanvändning och återvinning. Urban mining innebär att se på de befintliga tillgängliga materialen i en stad som resurser för nybyggnation. För att möjliggöra stadsbrytning behövs en detaljerad inventering av materialbeståndet. Nuvarande metoder använder några representativa provprojekt, till exempel en byggnad av en viss ålder. Resultaten extrapoleras sedan till stadens skala. Detta gör det möjligt att uppskatta den totala materialtillgången. Men för att kunna återanvända byggnads- och infrastrukturmaterial och komponenter måste det vara känt var de finns, när de kommer att finnas tillgängliga och i vilket skick de är. En sådan detaljerad inventering finns inte idag. Projektet åtgärdar denna brist genom att använda konceptet urban digital tvilling (UDT). En digital tvilling är en digital representation av ett fysiskt system. När det gäller staden kan det förenklas som en 3D -modell med mycket mer information. Informationen om byggmaterial och komponenter kommer att samlas in med en kombination av fjärranalys och datorseende. Det innebär att foton från luften och från gatunivå används för att identifiera materialtypen, storleken på en komponent, till exempel ett fönster, etc. Dessutom används infraröda data för att bestämma materialtyp och tillstånd med hjälp av maskininlärning och ett nytt detaljerat materialbibliotek. Sedan kommer informationen att läggas till i UDT tillsammans med annan data, till exempel ålder på byggnader eller vägar. Vidare utvecklas metoden för livscykelanalys ytterligare för att möjliggöra utvärdering av CE -strategierna på stadsnivå. Detta behövs för att säkerställa att återanvändning eller återvinning av material faktiskt minskar miljöpåverkan, till exempel klimatpåverkan. Metoden kommer att utvecklas ytterligare genom att lägga till dynamisk utvärdering och osäkerhetsberäkning. Slutligen kommer metoderna att implementeras i ett prototypverktyg och testas med intressenter inklusive arkitekter, byggnadsägare, återvinnings- och byggföretag och kommuner i två fallstudier. Med verktyget kan de se var komponenter finns som kan återanvändas, till exempel ett fönster. Viktigast av allt kommer det också att visa de utsläpp av växthusgaser som kan sparas genom att återanvända komponenter eller återvinna material.