An Exploration of Bio-Based materials’ Potential Applications in Residential Buildings to Support Net-Zero Targets in Saudi Arabia: A Life Cycle Assessment Approach. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis Anas Ahmad.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 21 May 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

يُعدّ قطاع البناء مساهماً رئيسياً في استهلاك الطاقة العالمي وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري، مما يجعل خفض انبعاثات الكربون المُتضمنة في مواد البناء أمراً بالغ الأهمية لتحقيق أهداف الحياد الكربوني. في المملكة العربية السعودية، تعتمد المباني السكنية عادةً على الخرسانة، ووحدات البناء الخرسانية، والصلب، وغيرها من المواد التقليدية ذات الأعباء البيئية الكبيرة. تبحث هذه الأطروحة في إمكانية استخدام الخيزران كمادة بناء حيوية لتقليل الآثار البيئية للمباني السكنية من خلال الاستبدال الانتقائي للعناصر غير الحاملة. تقيّم الدراسة مبنى سكنياً تقليدياً كخط أساس، وتقارنه بسيناريوهات افتراضية للاستبدال باستخدام الخيزران، وذلك باستخدام تقييم دورة الحياة. يتبع نطاق النظام نهجاً شاملاً من المهد إلى البناء، يغطي مرحلة المنتج، والنقل إلى الموقع، وعمليات مرحلة البناء، ومعالجة النفايات. أُجري التحليل باستخدام برنامج SimaPro وفئات التأثير المتوسطة، بما في ذلك إمكانية الاحترار العالمي، واستنزاف طبقة الأوزون، والاستنزاف غير الحيوي، واستنزاف الوقود الأحفوري، والفئات المتعلقة بالسمية، والأكسدة الكيميائية الضوئية، والتحمض، والتخثث. شملت البدائل القائمة على الخيزران أنظمة الجدران، والألواح، والأرضيات، وتطبيقات أخرى مختارة غير حاملة للأحمال. أدى السيناريو الأولي القائم على الخيزران إلى زيادة الاحترار العالمي في مرحلة المنتج من 339,257.29 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون إلى 377,276.58 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون، ويعود ذلك أساسًا إلى استخدام عزل رغوة البولي يوريثان في نظام جدران الخيزران. بعد استبدال رغوة البولي يوريثان بعزل السليلوز، انخفض الاحترار العالمي في مرحلة المنتج في السيناريو المُحسَّن القائم على الخيزران إلى 304,799.17 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون، أي بانخفاض قدره 34,458.12 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون أو 10.16% مقارنةً بالوضع الأساسي. على امتداد كامل نطاق المناطق من A1 إلى A5، انخفض معامل الاحترار العالمي من 354,855.20 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون إلى 324,270.45 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون، أي بانخفاض قدره 30,584.75 كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون أو 8.62%. كما انخفض استنزاف طبقة الأوزون واستنزاف الوقود الأحفوري، على الرغم من ارتفاع بعض مؤشرات السمية والأكسدة الكيميائية الضوئية والتحمض والتخثث. تُظهر النتائج أن الخيزران يُمكن أن يُساهم في خفض انبعاثات الكربون المُتضمنة في المباني السكنية السعودية، إلا أن فوائده تعتمد بشكل كبير على تصميم المنتج، واختيار مواد العزل، ومدخلات التصنيع، ومسافة النقل، وتطوير سلسلة التوريد

English Abstract

The building sector is a major contributor to global energy consumption and greenhouse gas emissions, making the reduction of embodied carbon in construction materials essential for achieving net-zero targets. In Saudi Arabia, residential buildings commonly rely on concrete, concrete masonry units, steel, and other conventional materials with significant environmental burdens. This thesis investigates the potential of bamboo as a bio-based construction material for reducing the environmental impacts of residential buildings through selective substitution of non-load-bearing elements. The study evaluates a conventional residential building as the baseline and compares it with hypothetical bamboo-based substitution scenarios using Life Cycle Assessment. The system boundary follows a cradle-to-construction approach, covering the product stage, transportation to site, and construction-stage processes and waste treatment. The analysis was conducted using SimaPro and midpoint impact categories including global warming potential, ozone layer depletion, abiotic depletion, fossil fuel depletion, toxicity-related categories, photochemical oxidation, acidification, and eutrophication. Bamboo-based alternatives included wall systems, panels, flooring, and other selected non-load-bearing applications. The initial bamboo-based scenario increased product-stage GWP from 339,257.29 kg CO2-eq to 377,276.58 kg CO2-eq, mainly because the bamboo wall system used polyurethane foam insulation. After replacing polyurethane foam with cellulose insulation, the refined bamboo-based scenario reduced product-stage GWP to 304,799.17 kg CO2-eq, a reduction of 34,458.12 kg CO2-eq or 10.16% compared with the baseline. Across the full A1–A5 boundary, GWP decreased from 354,855.20 kg CO2-eq to 324,270.45 kg CO2-eq, a reduction of 30,584.75 kg CO2-eq or 8.62%. Ozone layer depletion and fossil fuel depletion also decreased, although several toxicity, photochemical oxidation, acidification, and eutrophication indicators increased. The findings show that bamboo can support embodied-carbon reduction in Saudi residential buildings, but its benefits depend strongly on product design, insulation choice, processing inputs, transportation distance, and supply-chain development.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Construction Civil Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Thesis Advisor:	Muhammad Luqman Raziq,
Thesis Committee Members:	Adel Abdou, Mian Mobeen Shaukat,
Depositing User:	ANAS AHMAD (g202390710)
Date Deposited:	21 May 2026 08:30
Last Modified:	21 May 2026 08:30
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144429