Analysis of raw material availability for the production of bio-based composites in South Africa

Abstract

Current research on building materials manufactured with renewable and secondary resources is gaining attention. This is due to the fact that the use of such resources can possibly improve environmental aspects related to the building industry (Kooduvalli et al., 2019; Sullens et al., 2015). The demand for building materials has increased, especially in countries that experience rapid population growth and intensive expansion of urban areas. This development was observed in South Africa, where rapid population growth worsens the already existent lack of housing. Population growth and urbanization affects how and for which purpose local resources are demanded. In addition, these developments raise waste generation and demand assertive waste management techniques. Motivated by the concern of resource scarcity and lack of housing in South Africa, this study assessed the local availability of renewable and secondary resources suitable for the manufacture of bio-based building materials. Different methodologies of material flow analysis were adopted to investigate each resource. This study observed that South Africa has plenty of renewable resources, especially lignocellulosic materials sourced from forests, clearing of invasive alien plants (IAP) and processing of agricultural crops. In 2018, at least 7.4 million metric tons of these materials were locally available, of which IAP accounted for 92 %. Regarding secondary resources, this study revealed considerable volumes of plastic, ash, and slag available in South Africa. At least 54 million metric tons of these secondary resources were available and could have been utilized for the manufacture of building materials in the country. Nevertheless, material flow analysis alone cannot develop a more sustainable building industry in South Africa and tackle the housing shortage. Among others, policy incentives and the development of better waste management techniques are essential to increase resource efficiency. The relevance of this study lies within the compiled information about resources availability and is therefore an important step to support a further development of bio-based building materials in South Africa.

Die aktuelle Forschung zu Baumaterialien, die aus erneuerbaren und sekundären Ressourcen hergestellt werden, gewinnt an Aufmerksamkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Verwendung solcher Ressourcen möglicherweise Umweltaspekte im Zusammenhang mit der Bauindustrie verbessern kann (Kooduvalli et al., 2019; Sullens et al., 2015). Die Nachfrage nach Baumaterialien hat zugenommen, insbesondere in Ländern, die ein schnelles Bevölkerungswachstum und eine zunehmende Expansion der städtischen Gebiete verzeichnen. Diese Entwicklung wurde in Südafrika beobachtet, wo das rasche Bevölkerungswachstum den bereits bestehenden Mangel an Wohnraum verschärft. Das Bevölkerungswachstum und die Verstädterung wirken sich darauf aus, wie und für welche Zwecke die lokalen Ressourcen benötigt werden. Darüber hinaus erhöhen diese Entwicklungen das Abfallaufkommen und verlangen nach durchsetzungsfähigen Abfall- und Recyclingtechniken. Motiviert durch die Sorge um die Ressourcenknappheit und den Wohnungsmangel in Südafrika wurde in dieser Studie die lokale Verfügbarkeit von erneuerbaren und sekundären Ressourcen untersucht, die für die Herstellung von biobasierten Baumaterialien geeignet sind. Zur Untersuchung der einzelnen Ressourcen wurden verschiedene Methoden der Stoffstromanalyse angewandt. In dieser Studie wurde festgestellt, daß Südafrika über zahlreiche erneuerbare Ressourcen verfügt, insbesondere über lignozellulosehaltige Materialien, die aus Wäldern, der Rodung invasiver gebietsfremder Pflanzen (IGP) und der Verarbeitung von landwirtschaftlichen Erzeugnissen stammen. Im Jahr 2018 waren mindestens 7,4 Millionen Tonnen dieser Materialien lokal verfügbar, wovon 92 % auf (IGP) entfielen. Was die sekundären Ressourcen betrifft, so ergab die Studie, daß in Südafrika erhebliche Mengen an Kunststoffen, Asche und Schlacke verfügbar sind. Mindestens 54 Millionen Tonnen dieser Sekundärrohstoffe waren verfügbar und hätten für die Herstellung von Baumaterialien im Land genutzt werden können. Dennoch kann eine Stoffstromanalyse allein nicht ausreichen, um eine nachhaltigere Bauindustrie in Südafrika weiter zu entwickeln und den Wohnungsmangel zu beheben. Um die Ressourceneffizienz zu steigern, sind unter anderem politische Anreize und die Entwicklung besserer Abfallbewirtschaftungstechniken erforderlich. Die Relevanz dieser Studie liegt in den gesammelten Informationen über die Ressourcenverfügbarkeit und ist daher ein wichtiger Schritt zur Unterstützung der weiteren Entwicklung biobasierter Baustoffe in Südafrika.