Rohstoffe / Ausgangsstoffe

Hauptbestandteile

Zusammensetzung Extrudierter Polystyrolschaum (XPS)

Kunststoff-Matrix (XPS)

Die Rohstoffe für die zugrundeliegende Kunststoffmatrix (= Polystyrolgranulat) werden in einem eigenen Datenblatt unter Grundstoffe / Polystyrol beschrieben.

Flammschutzmittel

Da reines XPS gut brennbar ist, muss es für den Einsatz am Bau mit einem Flammhemmer versehen werden. Als Flammschutzmittel wurde bisher bis zu 3 Massen-% HBCD (Hexabromcyclododekan) beigesetzt.
Hexabromcyclododecan (HBCD) erfüllt die Kriterien für persistente (in der Umwelt nicht leicht abbaubare), bioakkumulierende (sich in Organismen anreichernde) und toxische (giftig für Mensch, Ökosysteme oder Organismen) Stoffe (PBT-Stoffe) der neuen europäischen Chemikalienverordnung REACH. 

Für das Flammschutzmittel  gilt seit Frühjahr 2016 in der EU ein weitgehendes Handels- und Verwendungsverbot. HBCD war lange das wirtschaftlich wichtigste Flammschutzmittel für Polystyrol-Dämmstoffe – entsprechend gibt es für Dämmstoffe aus expandiertem Polystyrol (EPS) noch verschiedene Übergangsregeln (längstens bis Februar 2018). Einige EPS-Hersteller verwenden bereits ein alternatives Flammschutzmittel (bromiertes Polymer).
Für Dämmstoffe aus extrudiertem Polystyrol (XPS) mit HBCD gelten keine Übergangsregeln mehr. Sie dürfen seit dem 22. Juni 2016 nicht mehr in Verkehr gebracht und verwendet werden.

Das weltweite Aus war 2013 eingeleitet worden, als HBCD unter der internationalen Stockholm-Konvention als in der Umwelt schwer abbaubarer organischer Schadstoff (POP) identifiziert wurde. Das Verbot wird zurzeit von allen an der Konvention beteiligten Staaten stufenweise eingeführt. Nachdem es aufgrund der Einstufung als gefährlicher Abfall ab Oktober 2016 in Deutschland zu Entsorgungsengpässen kam, wurde dies mit Verordnung der Bundesregierung ab 01.08.2017 geändert.
Das Umweltbundesamt hat in einem Hintergrundpapier, das regelmäßig aktualisiert wird, zusammengestellt, warum der Stoff nicht mehr verwendet werden soll, welche Verbote in der Europäischen Union (EU) bereits ab März 2016 gelten und wo es noch Übergangsfristen gibt. Es wird erläutert, welche Alternativen vorliegen und wie HBCD-haltige Dämmstoffe aktuell zu entsorgen sind.

Download: Hintergrundpapier - Häufig gestellte Fragen und Antworten zu Hexabromcyclododecan (HBCD) / Umweltbundesamt

Die Einhaltung des Verwendungsverbots von XPS-Dämmstoffen mit HBCD kann z.B. über einen Hinweis in oder mit der Leistungserklärung oder über eine zugrundeliegende EPD nachgeprüft werden. Bei Produkten ohne HBCD findet sich im Titel der zugehörigen EPD i.d.R. ein Zusatz "... mit alternativem Flammschutzmittel". Eine Information zum verwendeten Stoff findet man allerdings nicht. Unter "Rohstoffe" wird nur auf ein "alternatives Flammschutzmittel" verwiesen, verbunden mit dem Hinweis, dass "kein HBCD und kein anderer nach REACH besonders Besorgnis erregender Stoff (SVHC)" enthalten sei.

Treibmittel

Heute werden im Hochbaumarkt in Deutschland vor allem mit CO₂ und einem der beiden Co-Treibmittel Ethanol oder Aceton geschäumte XPS-Produkte angeboten.
Zur Verbesserung des Dämmwerts werden in Spezialprodukten auch die Kältemittel R-134a und R-152a als Treibgas eingesetzt. Diese Verbesserung der Dämmeigenschaften wird allerdings mit einem erhöhten Treibhausgaspotential der Kältemittel erkauft. Sofern diese Treibgase im Laufe des Lebenszyklus in die Atmosphäre gelangen, lohnt sich der Einsatz aus ökologischer Sicht nicht.

Anders verhält es sich im Bezug auf den Neuesten auf dem Markt erhältlichen Dämmstoffen mit dem Treibgas HFO-1234ze. Nach den bisher verfügbaren Daten des Herstellers hat das Treibmittel HFO-1234ZE ein Treibhausgaspotential von 6. Ein Kilogramm HFO-1234ZE wirkt also so stark wie 6 kg CO₂. Die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit gegenüber CO₂-geschäumten XPS ist mit 0.008 W/(m*K) beachtlich. Falls die Dicke des Dämmstoffs vorgegeben ist, wir durch die Verbesserung der Dämmleistung der zusätzlichen Treibhauseffekt des Treibgases bereits in der ersten Heizperiode kompensiert.

"Bis etwa 1989/1990 wurde XPS-Hartschaum mit dem FCKW-12 als Treibmittel geschäumt. 1990 haben die deutschen Hersteller den FCKW-12 durch HFCKW ersetzt. Durch das Verbot der HFCKW 10 Jahre später mussten auch diese FCKW-Ersatzstoffe als Treibmittel substituiert werden. Bis zu diesem Zeitpunkt wurden bei der Herstellung von XPS-Hartschaum keine HFKW eingesetzt. Ein Teil der Produktion von XPS-Hartschaum insbesondere für den Einsatz im Hochbau erfolgte danach zunächst ganz ohne fluorierte Treibmittel." (Quelle Umweltbundesamtes 2004)

Eine 2002 erlassene österreichische Verordnung (HFKW-FKW-SF6-VO: BGBl.447/2002) sieht ein Verbot für die mengenmäßig wichtigsten HFKW-Anwendungen vor. Seit 01.01.2008 dürfen demnach mit einer Übergangsfrist von 6 Monaten z.B. nur noch XPS-Platten ohne HFKW (Ausnahme: HFKW mit GWP / Treibhauspotential kleiner 300) in Verkehr gebracht werden.

Weitere Additive

Das bedeutendste weitere Additiv sind die Farbstoffe, die jedem XPS eine Hersteller-typische Färbung verpassen.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Zu Gewinnung der Rohstoffe der Kunststoff-Matrix siehe auch Grundstoff Polystyrol.
Die Herstellung von XPS erfolgt aus Polystyrolgranulat, einem Erdölprodukt, das an die verarbeitenden Betriebe geliefert wird. Die ökologischen Folgen der Gewinnung von fossilen Rohstoffen sind im zugehörigen Lexikonbegriff beschrieben.

Der Flammhemmer HBCD ist eine Industriechemikalie deren Hauptrohstoffquelle ebenfalls das Erdöl darstellt. CO₂ wird im industriellen Maßstab als Nebenprodukt der Wasserstoff- oder Ammonium-Produktion gewonnen.

Verfügbarkeit

Mit der allmählichen Erschöpfung der Erdölvorräte vermindert sich auch das Potential zur Gewinnung von Polystyrol und anderen Kunststoffen in wenigen Jahrzehnten. Allerdings könnten die Rohstoffe zur Herstellung von Polystyrol auch aus Kohle hergestellt werden, was jedoch mit einem größeren Energieaufwand verbunden wäre.

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

Rückstände aus der Dämmstoffproduktion (aus Blockbesäumung, Zuschnitten usw.) werden zerkleinert, in einem Extruder aufgeschmolzen, entgast, filtriert und zu Granulat verarbeitet, das wieder im Schäumprozess verwendet werden kann.
Die Wiederverwertung von gebrauchten XPS-Abfällen als Rohstoff für die Dämmstoffherstellung erfolgt nicht.

Radioaktivität

Für Dämmstoffe aus Kunststoffen besteht keine Gefahr der Kontamination mit radioaktiven Stoffen.

Landinanspruchnahme (Landuse)

Die XPS-Produktion ist mit geringem Flächenverbrauch für die Erdölgewinnung und die Raffineriestandorte verbunden, allerdings können die Flächen zerstörter Naturräume durch Tankerunfälle beträchtlich sein.

Quellen

Umweltbundesamtes (2004) Fluorierte Treibhausgase in Produkten und Verfahren – Technische Maßnahmen zum Klimaschutz; 20. Februar 2004; Berlin;

Herstellung

Prozesskette

Herstellungsprozess

Der Herstellungsprozess von XPS-Dämmstoffen wird hier soweit dargestellt, als er für das Produkt spezifisch ist. Für die Herstellung von Styrol sei auf das Datenblatt für Polystyrol verwiesen.

Das Polystyrol wird in einem ersten Schritt mit Erdöl und weiteren Additiven versetzt, um ihm die richtigen Fliesseigenschaften für den späteren Schäumungsprozess zu verleihen. Diese Mischung erfolgt bereits in einem Extruder, da noch keine Treibmittel zugegeben werden, entsteht eine kompaktes Granluat. Dieses Granulat wird von weltweit zwei Herstellern produziert und an die eigentlichen Dämmstoff-Hersteller geliefert. Die XPS-Produktion benötigt hohe Investitionen in einen Extruder, weshalb es weniger regionale Hersteller für XPS-Dämmstoffe als solche für EPS-Dämmstoffe gibt.

Die XPS-Dämmstoffe werden in einem kontinuierlichen Extrusionsprozess hergestellt. Dabei wird treibmittelfreies Polystyrol-Granulat in einem Extruder (Strangpresse) unter Druck aufgeschmolzen und das Treibmittel wie auch die Farbstoffe noch im Extruder dem flüssigen Polystyrol beigemischt. Das Gemisch wird dann durch eine Breitschlitzdüse kontinuierlich ausgetragen. Durch den Druckabfall an der Düse expandiert das Treibmittel im Kunststoff und es bildet sich ein Schaumstoffstrang. Nach Durchlaufen einer Kühlzone wird mit nachgeschalteten Maschinen der Strang zu Platten gesägt und die Randausbildung vorgenommen. Auf den Deckflächen der Platten bleibt die Schäumhaut erhalten. Für besondere Anwendungen (z.B. zur Verbesserung des Haftverbundes zu Beton, Mörtel, Klebern) wird die Schäumhaut entfernt. Die Platte hat dann eine raue Oberfläche.

Umweltindikatoren / Herstellung

Energieaufwand

Der Energieaufwand für die Herstellung von Dämmstoffen aus XPS stammt fast vollständig aus der Herstellung des XPS-Granulates. Die Plattenherstellung mit der Extrusion des Granulates und Konfektionierung der Platten trägt nur einen geringen Teil zum gesamten Energieaufwand bei.

Graue Energie

In Ökobau.dat finden sich Angaben zur Herstellungsenergie von XPS. Die Daten dazu stammen aus der Ökobilanzdatenbank GaBI.

 
Die Rohstoffe erzeugen den größten Teil der Grauen Energie (ca. 90%). Flammschutzmittel, Treibgase und andere Zusatzstoffe, sowie der Herstellungsprozess spielen nur eine untergeordnete Rolle. Die Grauenergiewerte für unterschiedliche Rohdichten unterscheiden sich nur um wenige Prozent.

Charakteristische Emissionen

siehe auch Polystyrol

Bei der XPS-Erzeugung kommt es zu Emissionen von   Styrol  (ca. 15kg Styrol pro t XPS). Arbeitsplatzbelastungen durch Styrol treten vor allem bei Klein- und Mittelbetrieben auf.

Flammschutzmittel HBCD / Ergebnisse der EU-Risikobewertung

"Die Risikobewertung hat direkte Risiken und ein systemisches Risikopotential ergeben. Die Verarbeitung des HBCD verursacht erhebliche lokale Risiken für Mensch und Umwelt (Gewässer, Sedimente). Kritische Punktquellen sind Anlagen zur Formulierung expandierten und extrudierten Polystyrols (EPS, XPS) ..."
Quelle:
Bromierte Flammschutzmittel – Schutzengel mit schlechten Eigenschaften?; Presseinformation 020/2008; Umweltbundesamt; Berlin; 2008 (Download)

Verarbeitung

Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen

XPS kann auf der Baustelle mit normalen Schneidwerkzeugen einfach zugeschnitten werden.
Durch lange einwirkende UV-Strahlung (mehrere Wochen oder Monate) vergilbt und versprödet die Oberfläche von XPS. Deshalb sollten die geplanten Deckschichten kurzfristig aufgebracht werden.
Dämmstoffe aus XPS sind nicht beständig gegen Lösemittel und Benzine, was beim Aufbringen einer Beschichtung oder beim Kleben unbedingt beachtet werden muss.

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Dämmstoffe aus XPS werden auf der Baustelle höchstens mechanisch bearbeitet. Dabei entstehen keine relevanten arbeitshygienischen Risiken oder Gefährdungen für die Umwelt.
Eine Ausnahme bildet das Schneiden mit Heißdraht. Dabei kann gesundheitsgefährdendes Styrol als Monomer entstehen. Konzentration und Expositionsdauer sind jedoch i.d.R. sehr gering.

Nutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Untersuchungen zeigen, dass unmittelbar nach der Herstellung Ethylbenzol und Styrol aus Polystyrol-Produkten (hier: XPS) in geringen Mengen ausgasen können. Diese Emissionen nehmen jedoch innerhalb weniger Tage stark ab.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

XPS-Dämmstoffe werden heute meist mit CO₂ und einem Zusatztreibmittel geschäumt. Als Zusatztreibmittel kommen Aceton oder Ethanol zum Einsatz. Alle Treibmittel diffundieren während der Nutzungsphase teilweise aus dem XPS aus und können in der Innenraumluft nachgewiesen werden. Im Fall von CO₂ ist der Einfluss der Nutzer jedoch weit größer. Durch die Atmung gibt der Mensch ebenfalls Aceton ab, allerdings sind die Emissionen des XPS für dieses Gas bedeutender als der Mensch, falls das XPS im Innenraum eingesetzt wurde. Auch Ethanol aus dem XPS kann in der Innenraumluft nachgewiesen werden.
Eine Untersuchung über die Langzeit-Bewährung der für Polystyrol-Hartschaumdämmstoffe (hier: XPS) beim Einbau nachgewiesenen Baustoffklasse hat ergeben, dass i.d.R. auch in sehr großen Zeiträumen (mind. 100 Jahre) eine Alterung des enthaltenen Flammschutzmittel (FSM) - Systems nicht erfolgt und kein nennenswertes Auswandern (Migration) der üblichen Flammschutzmittel zu erwarten sind.
siehe auch Polystyrol

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Außenraum

Gefährdungen für Wasser, Luft und Boden aus eingebauten HFKW-freien XPS-Dämmstoffen sind nach heutigem Kenntnisstand nicht zu erwarten.

Bei HFKW-134a-getriebenen XPS entweichen ca. 25% des Zellgases im Produktionsjahr. Danach ist bei einer Plattenstärke von 100mm mit einer jährlichen Emissionsrate von ca. 0,66% zu rechnen.
Bei HFKW-152a-geschäumten XPS entweichen die Zellgase – nach unterschiedlichen Quellen – innerhalb weniger Wochen oder innerhalb der ersten 2 Jahre vollständig [Umweltbundesamt 2004].

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Dämmstoffe aus XPS enthalten Flammschutzmittel aus bromierten Verbindungen. Dadurch kann es im Brandfall neben den üblichen Verbrennungsgasen zur Entstehung giftiger Brandgase kommen, die hochgiftige Dioxine und Furane bilden können. Zudem entsteht dichter Rauch, der die Orientierung erschwert.

Beständigkeit Nutzungszustand

Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“.

→ Datenbank als PDF

Quellen

Umweltbundesamt (2004) Fluorierte Treibhausgase in Produkten und Verfahren – Technische Maßnahmen zum Klimaschutz; Bericht des Umweltbundesamtes 20. Februar 2004; Berlin; 2004

Nachnutzung

Wiederverwendung

Bei zerstörungsfreiem Ausbau ist eine Wiederverwendung gebrauchter unverschmutzter Dämmstoffe aus XPS als Dämmstoff theoretisch möglich.

Rückbaufähigkeit und Sortenreinheit

Die Rückbaufähigkeit von XPS-Dämmstoffen wird in erster Linie durch die Einbausituation und erst in zweiter Linie durch die gewählte Befestigungsart beeinflusst.
Am höchsten ist die Rückbaufähigkeit für lose horizontal verlegte XPS-Dämmplatten, z.B. auf einem Umkehrdach oder Warmdach. Eine sortenreine Fraktion kann mit geringem Zusatzaufwand aussortiert werden.
In der Fassade meist im Sockelbereich mechanisch befestigte oder verklebte XPS-Dämstoffe können mit mittlerem Aufwand mechanisch entfernt werden. Eine sortenreine Fraktion kann nur mit erheblichem Zusatzaufwand aussortiert werden. Das Problem besteht in Anhaftungen von Klebmörteln und durchdringenden Dämmstoffdübeln, die zuerst entfernt werden müssten.
Im Perimeter (also im Erdreich) verbaute XPS-Dämmstoffe sind theoretisch rückbaufähig, falls ein Gebäude durch einen Neubau ersetzt wird. Die Fraktion wird jedoch nicht sortenrein sein, der Dämmstoff in den meisten Fällen massiv komprimiert und durchnässt.

Stoffliche Verwertung

Eine stoffliche Verwertung gebrauchter Dämmstoffe aus XPS zu neuen Dämmplatten ist theoretisch gut möglich. In der Praxis existieren jedoch Hürden für ein Recycling:

• Jeder Produzent färbt XPS markentypisch ein. Die unterschiedlichen Farbgebungen würden sich bei einem Recycling-XPS zu einer undefinierten Farbe mischen.
• Der Einsatz des XPS als Rohmaterial in einem Extruderprozess erfordert einen hohen Reinheitsgrad, der bei einer Rücknahme von Bauabfällen eine umfangreiche Ausssortierung von Fremdstoffen erfordert.
• Nicht mehr verwendete und teilweise heute verbotenen Treibmittel in gebrauchten XPS-Platten müssten entgast werden, bevor das XPS wieder als Rohmaterial eingesetzt werden könnte.

Aufgrund einer fehlenden Sammel- und Rückführungslogistik werden derzeit jedoch nur Produktionsabfälle direkt zur Herstellung von XPS wiederverwertet. XPS-Dämmplatten werden zudem nur an wenigen Orten in Europa zentral produziert. Eine Rückführungslogistik der leichten Platten wäre unverhältnismäßig aufwendig.

Unverschmutzte Baustellenabfälle können als Porosierungsmittel bei der Herstellung von porosierten Ziegelsteinen eingesetzt werden.
Bei alten XPS-Abfälle, bei denen FCKW als Treibmittel nicht ausgeschlossen werden kann, kommt es beim Zerkleinern für eine weitere stoffliche Verwertung zu einer Freisetzung der Treibhausgase. Solche Abfälle sollten zur Zerstörung der FCKW einer kontrollierten Verbrennung in modernen Müllverbrennungsanlagen zugeführt werden.

Energetische Verwertung

Ist eine stoffliche Verwertung nicht möglich, müssen Dämmstoffe aus XPS der energetischen Verwertung zugeführt werden.
Heizwert: 47 MJ/kg

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

Eine Deponierung von XPS ist seit dem 01.05.2005 ohne thermische / energetische Vorbehandlung nicht mehr möglich. → auch Beseitigung

EAK-Abfallschlüssel

siehe auch Lexikon / Abfallschlüssel

Flammschutzmittel HBCD in EPS-Dämmstoffen

Das Umweltbundesamt hat in einem Hintergrundpapier, das regelmäßig aktualisiert wird, zusammengestellt, warum der Stoff nicht mehr verwendet werden soll, welche Verbote in der Europäischen Union (EU) bereits ab März 2016 gelten und wo es noch Übergangsfristen gibt. Es wird erläutert, welche Alternativen vorliegen und wie HBCD-haltige Dämmstoffe aktuell zu entsorgen sind.

Download: Hintergrundpapier - Häufig gestellte Fragen und Antworten zu Hexabromcyclododecan (HBCD) / Umweltbundesamt

Quellen

KATALYSE Institut für angewandte Umweltforschung; Informationsbroschüre „Umweltverträglichkeit von Gebäudedämmstoffen“;06/2003; Ministerium für Umwelt, Natur und Forsten des Landes Schleswig-Holstein, Kiel