NEU - Baustoffe und Klimaschutz

Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung

2.  Welche Rolle spielen Baustoffe im Gesamtlebenszyklus von Gebäuden?

     2.1 Energiebedarf + „graue“ Lebenszyklusphasen
     2.2 Treibhausgas-Emissionen
     2.3 Material-Ressourcen
     2.4 Quo Vadis?

3.  Welches Klimaschutz-Potenzial bieten Gebäude?

      3.1 Tragwerk
      3.2 Innenausbau
      3.3 Hülle, Fassade und Abdichtung
      3.4 Gebäudetechnik

4.  THG-emissionsarm oder -emissionsintensiv?

      4.1 Baustoffe im Vergleich
      4.2 Kriterien auf Bauteilebene

5.   Klimaneutrale Gebäude - Klimaplus Gebäude?

      5.1 Bedeutung von nachwachsenden Rohstoffen
      5.2 Potenziale von Weiter- und Wiederverwendung
      5.3 Möglichkeiten der Kompensation am Gebäude
      5.4 Kompensationsmöglichkeiten außerhalb des Gebäudes

6.   Fazit

7.   Literaturverzeichnis

 

1.   Einleitung

Über ein Drittel aller Endenergie wird weltweit in Gebäuden und für Gebäude verbraucht. Dadurch werden im Bausektor ca. 40 % aller Treibhausgase ausgestoßen (Global Alliance for Buildings and Construction, International Energy Agency and the United Nations Environment Programme 2019). Damit wird sowohl die enorme Bedeutung des Bausektors für Energie- und Umweltfragen deutlich, als auch die Chancen, die in einer Reduktion von Energieverbrauch und Treibhausgasintensität stecken. Wir Planer und am Bau Beteiligte tragen eine große Verantwortung, der gerecht zu werden auch ein hohes Maß an Information voraussetzt.

2.   Welche Rolle spielen Baustoffe im Gesamtlebenszyklus von Gebäuden?

Die oben erwähnte Zahl des Treibhausgasausstoßes setzt sich wie folgt zusammen:

  • 11 % der Treibhausgase werden in der Herstellung von Baustoffen und für die Konstruktion von Gebäuden ausgestoßen,
  • 28 % im Gebäudebetrieb (Global Alliance for Buildings and Construction, International Energy Agency and the United Nations Environment Programme 2019).

Um das einzuordnen, sehen wir uns den Lebenszyklus von Gebäuden von der Wiege bis zur Bahre an. Dieser ist in verschiedenen Normen festgelegt, zum Beispiel in der DIN 15978 (Norm DIN EN 15978:2012-10), die ihn in drei Hauptphasen einteilt: Herstellung und Errichtung, Nutzung, und Entsorgung (Abbildung 1). Dazu kommt noch die Phase D: Vorteile und Belastungen außerhalb der Systemgrenzen.

 
Abbildung 1 / Lebenszyklusphasen nach DIN EN 15978

2.1 Energiebedarf + „graue“ Lebenszyklusphasen

Derzeit macht die Phase der Nutzung den Löwenanteil im Energieverbrauch aus, das heißt für das Heizen und Kühlen von Gebäuden wird ein Vielfaches der Energie verbraucht, die zu ihrer Errichtung notwendig ist. Wie groß dieser Anteil ist, richtet sich nach dem Energiestandard des Gebäudes und danach, wie die Nutzer mit dem Gebäude umgehen - verschwenderisch oder energiesparend. Insgesamt werden unsere Gebäude immer energieeffizienter in der Betriebsphase, seit dem neuen Gebäudeenergiegesetz sollen sie sogar „nearly zero energy buildings“ (NZEB, Nahezu Nullenergiegebäude) sein, also einen Energiebedarf nahe Null haben. Damit ist der nicht erneuerbare, also fossile (aus Öl, Gas, Kohle gedeckte), Energiebedarf gemeint. Diese Entwicklung führt dazu, dass der Energiebedarf des Gebäudebetriebs unwichtiger wird und der Energiebedarf für die Herstellung von Bauprodukten und für Bauprozesse mehr in den Fokus gerät (Abbildung 2).
Dabei sind nicht nur Herstellung und Errichtung, sondern auch der Abriss und die Entsorgung beziehungsweise die mögliche Weiternutzung von Bauteilen und Baustoffen relevant. Darüber hinaus laufen jedes Mal, wenn Teile des Gebäudes ausgetauscht werden, zum Beispiel Bodenbeläge oder Fenster, dieselben Prozesse (Ausbau und Entsorgung der alten Teile sowie Herstellung und Einbau neuer Teile) für die betroffenen Gebäudeteile ab, sodass Energie verbraucht wird. Wenn ein Gebäude also im Betrieb keine fossile Energie mehr verbraucht, wird die gesamte fossile Energie für solche Prozesse verbraucht.

Diese Phasen, also alle außer dem Energie- und Wasserverbrauch im Betrieb (Phasen B6 und B7), werden im Folgenden als die „grauen“ Lebenszyklusphasen bezeichnet.


Abbildung 2 / Anteil „graue“ Lebenszyklusphasen und Betriebsphase je nach Energiestandard (qualitativ) (eigene Abbildung)

2.2 Treibhausgas-Emissionen

Wenn Energie aus fossilen Quellen gewonnen wird, entstehen Emissionen, allen voran das Treibhausgas (THG) Kohlendioxid. Diese Emissionen werden in Umweltwirkungen umgerechnet, sogenannte Umweltwirkungspotenziale. Für THG entspricht das dem THG-Potenzial, ausgedrückt in kg CO2-Äquivalenten. „Äquivalente“ deswegen, da die Wirkung anderer THG (z.B. Methan) auf die Wirkung von CO2 umgerechnet wird, um alle Treibhausgase zusammenfassen zu können. Genauso wird für andere Umweltwirkungen, wie zum Beispiel das Versauerungspotenzial (kg SO2-Äq.), vorgegangen.
Der Ausstoß von THG hängt maßgeblich mit dem Verbrauch nicht erneuerbarer Energie zusammen, da bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen THG frei werden, die vor Jahrmillionen der Atmosphäre entnommen und unter vielerlei Erdschichten eingelagert wurden. Allerdings gibt es darüber hinaus weitere THG-Quellen.  Bei der Zementherstellung beispielsweise wird ein relevanter Anteil an CO2 durch chemische Reaktionen (Entsäuerung des Kalksteins) emittiert.
→ WECOBIS / Baustoffe / Grundstoffe – Bindemittel / Zement, Reiter Herstellung

Dadurch und durch die Verwendung von fossilen Brennstoffen beim Zementklinkerbrand spielt die Zementherstellung eine große Rolle für den THG-Ausstoss, je nach Quelle zwischen 4% und 8% weltweit (Andrew 2018).
Analog dazu, dass mit zunehmender Energieeffizienz im Gebäudebetrieb die Bedeutung der grauen Energie steigt, steigt auch die Bedeutung der grauen THG-Emissionen, wenn immer energieeffizientere Gebäude mehr und mehr mit erneuerbarer Energie (Sonne, Umweltwärme, Wind, Biomasse) versorgt werden. Insgesamt sollten damit der Gesamtenergiebedarf und der Gesamt-THG-Ausstoß sinken, der Anteil der grauen Lebenszyklusphasen aber steigen.

 

Abbildung 3 / Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus von Gebäuden (eigene Darstellung)

2.3 Material-Ressourcen

Neben der Ressource Energie wird in den grauen Lebenszyklusphasen eine große Menge an Materialien verbraucht. Obwohl viele der in Gebäuden verbauten Rohstoffe, wie zum Beispiel Sand, als quasi unerschöpflich verfügbar gelten, hat sich besonders in den letzten Jahren gezeigt, dass dem nicht so ist und der Abbau von Rohstoffen zunehmend zu Umweltproblemen führt.
→ Bundesamt für Naturschutz / Belastungen im Meer / Sand und Kiesabbau

Unter Berücksichtigung der Ressourcenproblematik, gewinnt die Suffizienz, also der sparsame Umgang mit Ressourcen, mehr an Bedeutung. Bei der Konzeption und Detaillierung von Gebäuden sind unter diesem Aspekt die Materialien besonders wichtig, die in großer Menge vorkommen. Das sind besonders das Tragwerksmaterial (Stahlbeton, Stahl, Holz, Mauerwerk), und Verkleidungen, wie Gipskarton oder Fassadenplatten. Möglichkeiten, Ressourcen zu schonen, bieten Recyclingbaustoffe (z.B. → WECOBIS / Grundstoffe / rezyklierte Gesteinskörnungen) oder Stahl (→ WECOBIS / Metalle / Stahl) und die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen, wenn diese aus nachhaltiger Land- und Forstwirtschaft stammen.
Als knapp geltende Rohstoffe, wie Seltene Erden, bestimmte Metalle (z.B. Kupfer) oder Elemente (z.B. Indium, Lithium), finden sich in Gebäuden hauptsächlich in der Gebäudetechnik, zum Beispiel in Anlagen zur Solarenergiegewinnung. Im Gegensatz zu den Baustoffen für die Konstruktion, die in großer Menge gebraucht werden, werden hier verhältnismäßig kleine Mengen eingesetzt. Weil diese aus Ressourcensicht sehr wertvollen Stoffe investiert werden, um im Betrieb fossile Energie und damit THG-Emissionen zu sparen, kann man also auch hier von einer Verlagerung von der Betriebsphase in Richtung graue Phasen sprechen.
Ein weiteres Indiz dafür, wie hoch der Materialverbrauch der Bauindustrie ist, ist das Abfallaufkommen: ca. 57% der Abfälle in Deutschland sind Abbruchmaterial (→ z.B. Umweltbundesamt / Bau-, Abbruch-, Gewerbe- und Bergbauabfälle). Davon wird zwar viel verwertet, allerdings wenig im Hochbau. Gipsabfälle beispielsweise werden zur Verfüllung im Bergbau und im Deponiebau verwertet, statt zu neuen Baustoffen verarbeitet zu werden (Quelle: Umweltbundesamt / Bauabfälle auf Gipsbasis und Baustellenabfälle). 

2.4 Quo Vadis?

Im Lebenszyklus verlagert sich also die Suche nach Effizienzsteigerung und Minimierung von Energie-, Ressourcenbedarf und THG-Emissionen auf die grauen Phasen des Gebäudes und damit auf Baumaterialien und Gebäudetechnik. Die gute Nachricht ist dabei, dass es sich aus der Perspektive des Energie- und Ressourcenverbrauchs durchaus lohnt, in die grauen Phasen zu investieren, um im Gebäudebetrieb Einsparungen zu erreichen. Obwohl diese Phasen bei neuen Gebäuden einen hohen Anteil am Gesamtverbrauch haben, sind der Verbrauch und die Emissionen insgesamt wesentlich niedriger als bei Gebäuden mit veralteten Energiestandards. (Abbildung 2)

3. Welches Klimaschutz-Potenzial bieten Gebäude?

Untersucht man nun Gebäude und die darin verbauten Materialien auf ihr Klimaschutz-Potenzial, so stellen sich zwei Fragen:

  • Wo und wann werden in Gebäuden und für Gebäude die meisten THG emittiert
    Sieht man sich die Gebäude aufgeteilt in die Sub-Systeme Tragwerk, Innenausbau und Hülle an, stellt man fest, dass es allgemeine Tendenzen gibt, für
    welches Subsystem und in welchen Lebenszyklusphasen die meisten THG emittiert werden.
  • Welche Möglichkeiten gibt es, THG-Emissionen einzusparen?
    Grundsätzlich gilt: Weniger Material verwenden (Suffizienz prüfen, Effizienz erhöhen, Erneuerungszyklen verlängern) und / oder ein anderes Material wählen   (z.B. Ersatzstoffe, Recyclingstoffe, THG-emissions-ärmere Materialien, Einsatz von Materialpässen).

Mehr dazu im Folgenden.

3.1 Tragwerk

In vielen Forschungsarbeiten (z.B. Schneider-Marin et al. 2019; Hildebrand 2014; Lang und Schneider 2017), die Gebäude über ihren gesamten Lebenszyklus bilanzieren, fällt auf, dass bei massiver Bauweise die Herstellung des Tragwerks von allen Gebäudeteilen die meisten THG emittiert. Das ist nicht überraschend, denn bei einem massiven Bauwerk steckt die größte Masse an Baustoffen im Tragwerk, das zu einem großen Teil aus Stahlbeton besteht, dessen Herstellung (besonders wegen der Bestandteile Zement und Stahl) wiederum verhältnismäßig viel THG ausstößt.

Das Tragwerk bietet in zweierlei Hinsicht Optimierungspotenzial:

  • Erstens haben Tragwerke eine sehr lange technische Lebensdauer, d.h. sie werden meist nicht aufgrund von Schäden abgerissen, sondern aus anderen Gründen, wie Funktionalität oder Wirtschaftlichkeit. Soweit möglich, sollten deshalb Tragwerke so gestaltet werden, dass sie flexibel nutzbar sind. Dann kann die technische Lebensdauer des Tragwerkes ausgenutzt werden, indem es durch Kernsanierung erhalten wird, statt abgerissen und neu errichtet zu werden.
  • Zweitens besteht in vielen Fällen die Möglichkeit, den Baustoff zu optimieren oder zu substituieren. Bei der Verwendung von Stahlbeton bietet sich die Optimierung des Bewehrungsanteils an, da die Herstellung der Bewehrung energie- und emissionsintensiv ist. Darüber hinaus sind derzeit schon vielfach Ersatzstoffe für Zement im Einsatz (z.B. Flugasche), es werden Komposit-Zemente verwendet und es wird an CO2-armen Zementrezepturen geforscht. „CO2-neutraler Beton“ ist derzeit nur möglich, wenn die nach Optimierung verbleibenden CO2-Emissionen abgeschieden und gelagert bzw. verwendet oder anderweitig kompensiert werden, zum Beispiel durch Aufforstung.

Wenn aus technischen Gründen Stahlbeton nicht erforderlich ist, lassen sich Tragwerke natürlich auch in Holz- oder Stahlbauweise realisieren. Die aktuelle Diskussion über den Holzbau zeigt diese Tendenz. Holz hat den Vorteil, im Wachstum CO2 einzulagern. Für die Lebensdauer des Gebäudes bleibt damit das CO2 gebunden. Dabei ist es aber sehr wichtig, dass das verbaute Holz aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammt und möglichst lange als Gebäude erhalten bleibt. Im Idealfall wird es am Ende seiner Nutzungsdauer nicht verbrannt, sondern als Bauteil wiederverwendet oder zu Holzwerkstoffen verarbeitet (z.B. in Spanplatten, s. „Gebrauchtholz“ → WECOBIS / Baustoffe / Holzwerkstoffe / Spanplatten, Reiter Rohstoffe).
Stahl verbraucht zwar für seine Herstellung sehr viel Energie und verursacht hohe Treibhausgas-Emissionen, auf der anderen Seite ist Stahl aber eines der Materialien, die theoretisch unendlich oft wiederverwendet werden können (s.o. → WECOBIS / Metalle / Stahl).

3.2 Innenausbau

Der Innenausbau steht in vielen Ökobilanzen an zweiter Stelle der THG-Emissionsrelevanz. Dazu zählen alle Innenwände und Innenoberflächen (z.B. Gipskartonplatten, Fußbodenbeläge, Deckenbekleidungen). Der größte Hebel in Bezug auf diese Teile des Gebäudes sind die Austauschzyklen: Je länger ein Material genutzt wird, desto weniger THG-Emissionen fallen pro Jahr seines Lebenszyklus an. Besonders bei Nichtwohngebäuden (z.B. Büros, Geschäfte) bleiben Baumaterialien in der Regel wesentlich weniger lang im Gebäude als es ihre technische Lebensdauer erlauben würde, da der Mieter wechselt oder ein Geschäft ein neues Design braucht. Wenn sich solche kurzen Lebensdauern vermeiden lassen, zum Beispiel durch die Verwendung hochwertiger Materialien, die mit geringerer Wahrscheinlichkeit ausgetauscht werden, ist das die beste Möglichkeit, THG-Emissionen zu einzusparen. Außerdem kommt für solche Teile auch die Wiederverwendung von gebrauchten Bauteilen oder Baustoffen in Frage, da sie in der Regel geringere technische Anforderungen haben als Tragwerk oder Gebäudehülle. Ist beides nicht möglich, sind Materialien die erste Wahl, die komplett im Kreislauf (technisch oder biologisch) geführt werden können. Auch gibt es inzwischen Leasing-Konzepte für Möbel oder Innenausbauten, die dadurch THG-Emissionen sparen, dass sie nach ihrer Nutzung an den Hersteller zurückgegeben und aufbereitet werden.
Reinigung und Reparatur des Innenausbaus verursachen ebenfalls THG-Emissionen, diese sind in der Regel aber wesentlich geringer als die THG-Emissionen für die Herstellung, den Einbau, den Austausch, den Ausbau und die Verwertung. 

3.3 Hülle, Fassade und Abdichtung

Die Außenverkleidungen mit Hülle, Fassade und Abdichtung, sind das dritte Subsystem, für das Treibhausgase emittiert werden. Wie beim Innenausbau ist auch hier die Langlebigkeit entscheidend. Je weniger oft Schichten ausgetauscht werden, desto weniger CO2-Emissionen fallen im Lebenszyklus an. Zusätzlich sind die äußeren Schichten starker Belastung durch Bewitterung ausgesetzt – ein weiteres Argument dafür, robuste Materialien zu verwenden, um die Bausubstanz zu schützen.
Das Besondere an der Frage, wie THG-Emissionen an der Hülle gespart werden können, ist, dass es hier eine Wechselwirkung mit der Betriebsphase gibt. Je höher der Dämmstandard, desto mehr graue THG-Emissionen, aber desto weniger THG-Emissionen in der Betriebsphase fallen an. Oft amortisiert sich eine „Investition“ von grauen THG-Emissionen für Energieeffizienz - also Dämmung, bessere Fenster, oder auch Sonnenschutz oder intelligente Steuerungen - dadurch sehr schnell, dass Betriebsemissionen eingespart werden können. Dies ist aber nur der Fall, wenn die Betriebsenergie THG-Emissionen verursacht. Das heißt: Wenn ein Gebäude komplett emissionsfrei (aus erneuerbaren Quellen) versorgt wird, kann es vorkommen, dass Energieeffizienzmaßnahmen nur eine geringe Menge an THG-Emissionen sparen. Insgesamt geht es bei der Gebäudehülle darum, eine Balance zwischen THG-Emissionseinsparung im Betrieb und Einsparung von grauen THG-Emissionen zu finden. Synergien sind möglich, wenn für Energieeffizienzmaßnahmen emissionsarme Materialien verwendet werden. 

3.4 Gebäudetechnik

In Ökobilanzen werden die grauen THG-Emissionen der Gebäudetechnik aus zwei Gründen oft außen vorgelassen: Es liegen wenig Daten vor und die Auswahl an verwendbaren Materialien und Systemen ist eingeschränkt: Die technische Gebäudeausrüstung (TGA) verwendet viel Metall und Kunststoff, und, hauptsächlich in der Solartechnik, auch kritische Rohstoffe. Gerade deswegen sollte die TGA aber in Ökobilanzen beachtet werden. Da die Lebensdauern der TGA oft wesentlich kürzer sind als die von Bauteilen der Gebäudekonstruktion, ist es besonders wichtig, dass die verwendeten Materialien im Kreislauf geführt werden. Zum Beispiel bei Kupferleitungen ist das heute schon der Fall, weil Kupfer ein wertvolles Material ist. Darüber hinaus gilt es, Sekundäreffekte zu vermeiden, indem kurzlebige oder wartungsintensive Teile so eingebaut sind, dass sie ausgetauscht werden können, ohne dass andere Gebäudeteile in Mitleidenschaft gezogen werden. Die größte Rolle spielt bei der Gebäudetechnik aber nicht die graue Emission, sondern die Frage, wie viel emissionsfreie Energie die Technik erzeugen kann.

4. THG-emissionsarm oder -emissionsintensiv?

Welche Baustoffe, Bauteile und Gebäude viel oder wenig THG-Emissionen verursachen, zeigt sich im Vergleich unterschiedlicher Alternativen.

4.1 Baustoffe im Vergleich

THG-Emissionen von Baustoffen in Bezug auf ihre Masse oder ihr Volumen zu vergleichen, ist wenig sinnvoll, da nur ein Vergleich von funktional äquivalenten Baustoffen, Bauteilen und Gebäuden zu einer belastbaren Einschätzung führt. Das bedeutet zum Beispiel für Baustoffe, die zum Tragwerk gehören, dass nach Tragfähigkeit verglichen werden sollte. Für Dämmstoffe sollte man immer die Dämmfähigkeit mit einbeziehen. Abbildung 4 zeigt einen Vergleich des Treibhauspotenzials unterschiedlicher Dämmstoffe: Hier ist jeweils 1 m² Dämmstoff so dick gewählt, dass er einen Wärmedurchlasswiderstand R von 5 (m²*K)/W erzeugt. Dabei ergeben sich Dämmstoffstärken von 13 cm (PIR) bis 30 cm (Calziumsilikat). Die Zahlen zeigen die Summe der Treibhausgaspotenziale inklusive Phase D. Sichtbar ist, dass die Dämmstoffe aus nachwachsenden Materialien jeweils sehr geringe Werte aufweisen, da sie in der Herstellung Gutschriften für die Einlagerung von CO2 bekommen. Aber auch EPS und XPS fallen nicht durch extrem hohe Werte auf. Die beiden Dämmstoffe mit der geringsten und der höchsten Dämmstärke dagegen emittieren um ein Vielfaches mehr Treibhausgase – allerdings zeichnen sie sich bei der Baustoffwahl durch besondere Eigenschaften aus: Calziumsilikat kann für Innendämmung verwendet werden und PIR weist sehr gute Dämmeigenschaften und dadurch die geringste Dämmstärke auf.


Abbildung 4 / Vergleich von Dämmstoffen: Treibhauspotenzial (GWP) in kg CO2-Äq. pro m² Dämmstoff mit einem R von 5 m²K/W (eigene Darstellung, Datenquelle: Ökobaudat)

4.2 Kriterien auf Bauteilebene

Um weitere Funktionskriterien mit einbeziehen zu können, vergleicht man die THG-Emissionen von ganzen Bauteilen, die die gleichen bauphysikalischen Eigenschaften (Schallschutz, Wärmeschutz, Feuchteschutz, Brandschutz) und die gleiche Tragfähigkeit haben. Abbildung 5 zeigt einen solchen Vergleich: Links zu sehen sind Außenwände mit einem u-Wert von 0,24 W/m²K, rechts Außenwände mit einem u-Wert von 0,15 W/m²K. Zusätzlich dargestellt ist die Summe der THG-Emissionen, jeweils mit und ohne Phase D. Auch hier sind große Unterschiede sichtbar, sowohl in der Verteilung der THG-Emissionen über die Lebenszyklusphasen als auch in den Gesamtwerten. Die Massivbauwände emittieren den größten Anteil in der Herstellungsphase, im Gegensatz zu Holzbauteilen, die in dieser Phase CO2-Emissionen einlagern. Umgekehrt entstehen bei der Aufbereitung oder Entsorgung der Wände aus mineralischen Baustoffen kaum THG-Emissionen, während bei den Holzbauteilen der Kohlenstoff (durch Verbrennung) wieder freigesetzt wird. Auffällig ist außerdem, dass auch die Wahl der Verkleidung einen großen Einfluss auf die Gesamtemissionen eines Bauteiles haben kann. Selbstverständlich emittieren die Wände mit dem schlechteren u-Wert weniger in den grauen Lebenszyklusphasen, da weniger Material benötigt wird. Für einen ganzheitlichen Vergleich müssten also die THG-Emissionen in der Betriebsphase mit einbezogen werden. Zusätzlich haben alle Werte den gleichen u-Wert, Brandschutz, Schallschutz und Tragfähigkeit können aber variieren, d.h. je nach Höhe der Anforderungen ist die tatsächliche Auswahlmöglichkeit eingeschränkt.


Abbildung 5.1 / Vergleich der CO2-Emissionen unterschiedlicher Außenwände pro m² Außenwand; GWP Global Warming Potential; Datenbasis: Ökobaudat 2020-II


Abbildung 5.2 / Vergleich der CO2-Emissionen unterschiedlicher Außenwände pro m² Außenwand; GWP Global Warming Potential; Datenbasis: Ökobaudat 2020-II

Bauteilbezeichnung

u-Wert 0,15 W/m²K

Bauteilbezeichnung

u-Wert 0,24 W/m²K

Innenverkleidung

Kern

Außenverkleidung

StB 015

StB 024

Putz

20 cm Stahlbeton

WDVS mit EPS

Holzmassiv 015

Holzmassiv 024

Sichtoberfläche

24cm Brettsperrholz

WDVS mit Holzfaser

Holzrahmen 015_1

Holzrahmen 024_1

Gipskarton (Installationsebene)

20 cm Holzrahmen

Putzträgerplatte und Putz

Holzrahmen 015_2

Holzrahmen 024_2

Gipskarton (Installationsebene)

20 cm Holzrahmen

Hinterlüftete Fassade (Aluminium)

Holzrahmen 015_3

Holzrahmen 024_3

Gipskarton (Installationsebene)

20 cm Holzrahmen

Hinterlüftete Fassade (Eternit)

Holzrahmen 015_4

 -

Gipskarton (Installationsebene)

20 cm Holzrahmen

Hinterlüftete Fassade (Lärche)

KS 015

KS 024

Putz

24cm Kalksandstein

WDVS mit Mineralwolle

Ziegel 015_1

Ziegel 024_1

Putz

24 cm Ziegel

WDVS mit Mineralwolle

Ziegel 015_2

Ziegel 024_2

Putz

30 cm bzw. 49 cm

Wärmedämmziegel

Dämmputz

Tabelle 1 / Aufbauten der Bauteile des Ökobilanz-Vergleichs

5. Klimaneutrale Gebäude – Klimaplus Gebäude?

Auf Gebäudeebene ist es mittelfristig das Ziel, klimaneutral zu werden oder über den Lebenszyklus hinweg sogar THG-Emissionen gut schreiben zu können. Das kann derzeit nur mit Hilfe von Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen erreicht werden.

5.1 Bedeutung von nachwachsenden Rohstoffen

Um sich auch in den grauen Lebenszyklusphasen in Richtung klimaneutrales Gebäude zu bewegen, besteht zunächst die Möglichkeit, die Gebäude selbst als CO2 Speicher zu nutzen, indem nachwachsende Rohstoffe verwendet werden, die durch Photosynthese Kohlenstoff gebunden haben. So kann die Baustoffwahl THG-Emissionen direkt vermeiden und CO2 einlagern. Die Treibhausgase entweichen aber wieder, sobald die Materialien entsorgt oder verwertet werden, so dass eine Verlängerung des Lebenszyklus durch Wiederverwendung oder Verwertung besonders wichtig wird. Derzeitige Ökobilanzen nehmen an, dass Holz und andere brennbare Stoffe am Ende des Lebenszyklus von Gebäuden zur Energiegewinnung verbrannt werden. Dadurch entstehen CO2-Emissionen in der Phase C3 (s. Abbildung 5), aber auch Gutschriften in der Phase D für die entsprechende Energiegewinnung.

5.2 Potenziale von Weiter- und Wiederverwendung

Der Abbruch von Gebäuden und die Entsorgung von Baumaterial ist weniger ein Problem der THG-Emission, da diese Lebenszyklusphasen bei mineralischen Baustoffen nur einen geringen Anteil an den Lebenszyklus-Emissionen haben. Vielmehr geht es hier um das Abfallaufkommen, das Deponiekapazitäten in Anspruch nimmt und wertvolle Ressourcen verschwendet. Die Wiederverwendung von Rohstoffen spart fast in jedem Fall THG, da dadurch weniger neue Baustoffe produziert werden müssen. Besonders hoch fällt die Einsparung für emissionsintensive Materialien, wie z.B. Stahl, aus.
Anders verhält es sich mit Holz und Kunststoffen, für die eine Verbrennung als Verwertungsweg angesetzt wird. Dabei fallen hohe CO2-Emissionen in der Lebensendphase an, die durch Weiterverwendung und Recycling hinausgezögert werden können. Die Hierarchie „Reduce-Reuse-Recycle“ gilt also auch für die Emissionseinsparung.

5.3 Möglichkeiten der Kompensation am Gebäude

Wirklich negative CO2-Emissionen sind nur durch Photosynthese möglich, da hier CO2 und Wasser in Kohlehydrate umgewandelt werden und dabei Sauerstoff entsteht. Um also die für die Gebäudekonstruktion aufgewendeten THG-Emissionen wieder aus der Atmosphäre zu nehmen, müssten im Rahmen von Bauprojekten ausreichen Ausgleichsflächen geschaffen werden. Eine Option stellen Gründächer dar, diese binden aber nur geringe Mengen an CO2 ein. Für eine Kompensation der Gesamtemissionen müssen also meist Ausgleichsflächen außerhalb des Grundstücks herangezogen werden (s. 4.4).
Wenn also von klimaneutralen bzw. Klima-Plus-Gebäuden gesprochen wird, sind damit Gebäude gemeint, die in der Betriebsphase THG-emissionsfreie Energie nutzen. Um durch diese Energieerzeugung aber die grauen THG-Emissionen zu bilanziell auszugleichen, gibt es Gutschriften für die Differenz aus den THG-Emissionen des allgemeinen Strommixes und der THG-emissionsfreien Energieerzeugung. Dabei ist zu beachten, dass es sich hinsichtlich der THG-Emissionen um keine Kompensation handelt. Eine Kompensation im Sinne der gegenseitigen Aufhebung von Wirkung und Ursache kann hierbei nur auf ökologischer Ebene stattfinden. Außerdem gilt: Je mehr erneuerbare Energie im Strommix ist, desto weniger THG-Emissionen können gutgeschrieben werden.

5.4 Kompensationsmöglichkeiten außerhalb des Gebäudes

Eine wirkungsvolle Kompensation außerhalb des Gebäudes stellt maßgeblich die Aufforstung und die Renaturierung von Ökosystemen (z. B. Moore) dar. Global gesehen bestehen noch große ungenutzte Potentiale, wie die Studie von Bastin et al. aus dem Jahre 2019 zeigt. . Die benötigten Flächen für die Kompensation von THG-Emissionen eines Gebäudes sind allerdings fast ausnahmslos wesentlich größer als die Grundstücksfläche des Gebäudes.
Weitere Möglichkeiten bieten verschiedene Organisationen, die globale Projekte unterstützen (z.B. Solarherde) oder Aufforstung. Dabei ist es möglich die THG-Emissionen gegen einen Beitrag von derzeit 25 € pro Tonne CO2-Äq. auszugleichen, so wie zum Beispiel für Flüge oder Fahrten mit dem PKW.  Auch hier handelt es sich um eine Kombination aus Vermeidung von THG-Emissionen und Reduktion des THG-Gehalts in der Atmosphäre (s. 4.3). Derzeit ist das die kostengünstigste Möglichkeit, THG-Emissionen zu kompensieren, da das Bauen mit nachwachsenden Materialien (also die Errichtung eines „Kohlenstoffspeichers“) oft so deutliche Mehrkosten gegenüber emissionsintensiveren Bauweisen verursacht, dass sich die Einsparung von THG am Gebäude gegenüber Kompensationszahlungen nicht „lohnt“.  Allerdings gibt es trotzdem Möglichkeiten, am Gebäude gleichzeitig THG-Emissionen und Lebenszykluskosten zu sparen, zum Beispiel Suffizienzstrategien, die Verwendung von langlebigen Oberflächen oder von Solaranlagen mit hohem Eigenverbrauch.

6. Fazit

Der heutige Stand des Wissens erlaubt es, die THG-Emissionen, die bei der Herstellung von Baumaterialien anfallen, mit Hilfe von Ökobilanzen gut zu quantifizieren. Datenlücken betreffen vor allem die Errichtung von Gebäuden, aber auch den Rückbau und die Entsorgungs- bzw. Verwertungswege. Einsparungsmöglichkeiten bieten:

  • Die Reduktion von Materialmengen
  • Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen aus nachhaltig bewirtschafteten Quellen
  • Der gezielte Einsatz von Materialien, die in der Betriebsphase THG-Emissionen sparen
  • Langlebige, hochwertigen Materialien, wenn eine lange Nutzungsdauer erwartet werden kann
  • Sekundärbaustoffe und wiederverwendete Bauteile

Intensiv geforscht wird derzeit an übergeordneten Benchmarks, um schon zu Beginn einer Planung ein THG-Emissions-Budget zu etablieren, ähnlich einem Kostenrahmen (Habert et al. 2020; Hollberg et al. 2019). Obwohl wir derzeit Aussagen treffen können, welche Gebäude weniger oder mehr THG emittieren, können wir nicht sagen, welchen Beitrag ein Gebäude zum klimaneutralen Gebäudebestand oder zur Erreichung des 2-Grad-Zieles leistet. Dabei bleibt THG-Neutralität ein mögliches und wünschenswertes Ziel für alle Gebäude, die gebaut oder saniert werden.

7. Literaturverzeichnis

Andrew, Robbie M. (2018): Global CO2 emissions from cement production. In: Earth Syst. Sci. Data 10 (1), S. 195–217. DOI: 10.5194/essd-10-195-2018.

Norm DIN EN 15978:2012-10, 2012-10: DIN EN 15978 Nachhaltigkeit von Bauwerken - Bewertung der umweltbezogenen Qualität von Gebäuden - Berechnungsmethode; // DIN EN 15978:2012-10, Nachhaltigkeit von Bauwerken_- Bewertung der umweltbezogenen Qualität von Gebäuden_- Berechnungsmethode; Deutsche Fassung EN_15978:2011.

Global Alliance for Buildings and Construction, International Energy Agency and the United Nations Environment Programme (2019): 2019 Global Status Report for Buildings and Construction. Towards a zero-emissions, effi cient and resilient buildings and construction sector. Hg. v. International Energy Agency (IEA) and the United Nations Environment Programme (UNEP).

Habert, Guillaume; Röck, Martin; Steininger, Karl; Lupísek, Antonin; Birgisdottir, Harpa; Desing, Harald et al. (2020): Carbon budgets for buildings: harmonising temporal, spatial and sectoral dimensions. In: Buildings and Cities 1 (1), S. 429–452. DOI: 10.5334/bc.47.

Hildebrand, Linda (2014): Strategic investment of embodied energy during the architectural planning process. Delft.

Hollberg, A.; Lützkendorf, T.; Habert, G. (2019): Using a budget approach for decision-support in the design process. In: IOP Conference Series: Materials and Engineering Science, Bd. 323.

Lang, Werner; Schneider, Patricia (2017): Gemeinschaftlich Nachhaltig Bauen. Forschungsbericht Begleitforschung ökologische Untersuchung des genossenschaftlichen Wohnbauprojektes wagnisART. Materialien zum Wohnungsbau. Hg. v. Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern, für Bau und Verkehr. München. Online verfügbar unter www.bestellen.bayern.de/shoplink/03500205.htm.

Schneider-Marin, Patricia; Dotzler, Christina; Röger, Christine; Lang, Werner; Glöggler, Jens; Meier, Klara; Runkel, Susanne (2019): Design2Eco | Schlussbericht. Lebenszyklusbetrachtung im Planungsprozess von Büro- und Verwaltungsgebäuden – Entscheidungsgrundlagen und Optimierungsmöglichkeiten für frühe Planungsphasen.


Baustoffe und Klimaschutz; Patricia Schneider-Marin, Hannes Harter, Michael Vollmer, 2021