Safety and sustainability analysis of railway sleeper alternatives : Application of a novel method for material loops

Abstract

This is a revised version of letter report 2020-0126 Every year, ProRail replaces 200,000 railway sleepers. In the last century, wooden sleepers were used treated with creosotes to preserve them. Creosotes contain substances of very high concern. More recently, sleepers have been made from concrete, but greater quantities of CO2 are released in the manufacture of these sleepers than from wooden sleepers. To minimize CO2 emissions and the use of substances of concern, ProRail is looking for alternative railway sleepers. To this end, RIVM has compared six different types of sleepers with cement concrete (100 percent Portland cement). The six sleeper types are made from copper-treated wood, untreated wood, recycled steel-reinforced plastic (PE), virgin steel-reinforced plastic (PE), glass-fiber-reinforced plastic (virgin PU) and Sulphur-based concrete (instead of cement-based concrete). The comparison of the various sleepers was based on the aspects that are important for sustainability and safety of substances for the environment. The sleepers made from recycled plastic and Sulphur-concrete are more sustainable than sleepers from concrete (Portland cement). The other types of sleepers are only favorable over concrete in certain aspects of sustainability. Based on the data available, the various types appear to be equally safe for the environment. Part of the sustainability assessment of the sleepers is done by looking at the extent to which they release greenhouse gases and how much land is needed to extract the materials to make them. The land used to produce wooden sleepers is greater than for the other sleeper types. This is important due to the effect on biodiversity, even though less greenhouse gases are released during production compared to concrete. The safety of the sleepers was analyzed by looking at the presence of pollutants and the degree to which these pollutants leach out. After all, any substance released during the use of the sleepers can end up in the soil and groundwater. There is legislation for all types of sleepers, the objective of which is to ensure that they are safe to use. For this study not all relevant data were available. Knowledge of the presence of any hazardous substances in sleepers is important if they are to be safely reused.

Dit is een herziene versie van briefrapport 2020-0126 ProRail vervangt elk jaar 200.000 zogeheten dwarsliggers op het spoor. In de vorige eeuw zijn hiervoor houten bielzen gebruikt die met zogeheten creosoten zijn bewerkt om verwering te voorkomen. Creosoten bevatten Zeer Zorgwekkende Stoffen (ZZS). De laatste jaren worden dwarsliggers van beton gemaakt, maar bij de productie daarvan komt meer CO2 vrij dan bij houten dwarsliggers. Om de CO2-uitstoot en het gebruik van schadelijke stoffen te minimaliseren zoekt ProRail naar mogelijkheden om andere dwarsliggers te gebruiken. Daartoe heeft het RIVM zes verschillende typen dwarsliggers vergeleken met betonnen exemplaren (100 procent Portland cement). Het gaat om dwarsliggers van met koper behandeld hout, onbehandeld hout, gerecycled plastic dat met staal is versterkt, nieuw plastic dat met staal is versterkt, (nieuw) plastic dat met glasvezel is versterkt (composiet) en beton op basis van zwavel (in plaats van cement). Bij de vergelijking is gekeken naar zaken die belangrijk zijn voor duurzaamheid en voor de veiligheid van stoffen voor het milieu. De dwarsliggers van gerecycled plastic en van zwavelbeton zijn het meest duurzaam ten opzichte van betonnen dwarsliggers (Portland cement). De andere type dwarsliggers zijn alleen op sommige punten gunstiger. Op basis van de beschikbare gegevens lijken de verschillende typen ongeveer even veilig voor het milieu. Bij de beoordeling van de duurzaamheid is gekeken in hoeverre er broeikasgassen vrijkomen. Ook is gekeken hoeveel land nodig is om het benodigde materiaal te winnen. Voor met koper behandelde houten dwarsliggers is het landgebruik groter dan voor de andere typen dwarsliggers, dit is belangrijk vanwege het effect op biodiversiteit, ook al komen er iets minder broeikasgassen vrij. Bij de veiligheid gaat het erom of er verontreinigende stoffen in de dwarsliggers zitten en in welke mate zij eruit vrijkomen. Vrijgekomen stoffen kunnen namelijk tijdens het gebruik van de dwarsliggers in bodem en grondwater terechtkomen. Voor alle typen dwarsliggers bestaat er regelgeving om te zorgen dat het gebruik veilig is. Voor dit onderzoek waren niet alle gegevens beschikbaar. Kennis over de aanwezigheid van eventueel schadelijke stoffen is belangrijk om materialen voor de dwarsliggers veilig te kunnen hergebruiken.