Wie die Bauindustrie recycelte Baumaterialien besser nutzen kann

Im Jahr 2019 betrug der weltweite Materialverbrauch 100 Milliarden Tonnen und soll im Jahr 2050 175 Milliarden Tonnen erreichen. Der Gebäude- und Bausektor ist für 36 % des weltweiten Endenergiebedarfs verantwortlich, was 39 % der energie- und prozessbedingten Emissionen entspricht . Die größte Abfallmenge entsteht derzeit beim Abriss von Gebäuden, nur ⅓ des Bauschutts wird wiederverwendet.

Es gibt drei Schlüsselbereiche, die für die Zukunft recycelter Baumaterialien relevant sind und die ich in diesem Blog behandeln werde:

Wenn man bedenkt, dass die größte Abfallmenge derzeit bei Gebäudeabrissen anfällt, ist es nicht verwunderlich, dass sich die Aufmerksamkeit auf die Lösung dieses Problems richtet. Das Problem besteht darin, dass die herkömmliche Vorgehensweise darin bestand, „zu nehmen, zu produzieren und dann zu verschwenden“, was auch als lineare Wirtschaft bekannt ist. Es wird „linear“ genannt, weil der Materialfluss in eine Richtung erfolgt.

Das Recycling von Materialien wird von vielen als Lösung für dieses Problem angesehen. Allerdings ist das Recycling mit Mängeln behaftet, da Ineffizienzen dazu führen, dass 5–30 % des nutzbaren Outputs im Vergleich zum Volumen des Abfallinputs ausfallen. Im Wesentlichen können wir uns nicht durch Recycling aus dem Abfallproblem befreien, da die Nachfrage nach Ressourcen das Angebot übersteigt, selbst bei scheinbar endlosen Ressourcen wie Sand.

Beispielsweise importiert Dubai, das am Rande einer Wüste liegt, Sand aus Australien. Obwohl es überraschend erscheint, dass Australien Sand an eine prominente Stadt in der Nähe einer Wüste verkauft, um den Baubedarf zu decken, liegt dies daran, dass die Qualität der nützlichen Zuschlagstoffe aus bestimmten Arten von Sandvorkommen stammt, die typischerweise mit Flussbetten in Verbindung gebracht werden. Die Nachfrage ist mittlerweile so groß, dass Sandsteinbrüche in Ländern wie Kolumbien sogar unter bewaffneter Bewachung stehen. Deshalb ist es wichtig, über die Kreislaufwirtschaft zu sprechen – wobei Recycling nur einen Teil davon ausmacht.

Um die Zukunft des Recyclings von Baumaterialien besser zu verstehen, ist es jedoch wichtig, näher zu erläutern, wie eine Kreislaufwirtschaft mit der Bauindustrie verknüpft ist.Im Allgemeinen besteht das Ziel einer Kreislaufwirtschaft darin, das lineare Modell „Nehmen, Herstellen und Verschwenden“ durch „Nehmen, Herstellen und Wiederverwenden“ zu ändern.

Dies erfordert die Wiederverwendung, Reparatur, Aufarbeitung und das Recycling von Produkten, Materialien, Geräten und Infrastruktur. Dadurch reduzieren wir den Ressourcenverbrauch und die Entstehung von Abfall, Umweltverschmutzung und CO2-Emissionen.

Betrachtet man die Baubranche als Ganzes und alles, was dazu beiträgt, Rohstoffe in ein funktionierendes Gebäude umzuwandeln, ist es keine leichte Aufgabe, diese Materialien zu nehmen und wiederzuverwenden. Wir werden uns daher einige Grundlagen und Schlüsselprinzipien ansehen, um zu überlegen, wie wir am effektivsten vorgehen können.

Grundsätzlich gibt es vier Arten von Ressourcen, aus denen wir Produkte und Dienstleistungen herstellen, die grundlegende menschliche Bedürfnisse erfüllen:

Wenn Abfälle nicht auf der Deponie entsorgt und wiederverwendet werden, kann dies enorme Auswirkungen haben und erheblich zur Erreichung der CO2-Reduktionsziele beitragen. Recycling ist weitaus ineffizienter als der anfängliche Einsatz von weniger Materialien.

Typischerweise ergibt sich beispielsweise bei Haushaltsabfällen durch gemischtes Recycling ein Wirkungsgrad von 5–10 %, während durch getrenntes Recycling ein Wirkungsgrad von 10–25 % erzielt wird. Dies ist auf Materialzusammenstellungen, schlechte Sortierung und Verunreinigungen zurückzuführen. Die beiden Themen, die hier angegangen werden müssen, sind nachhaltiges Produktdesign und finanzielle Anreize für das Recycling.

Stellen Sie sich Recycling wie Bergbau vor. Wenn Sie mit einer Menge Abfall konfrontiert werden und nach wertvollen Metallen schürfen, muss der Aufwand, den Sie für die Gewinnung des Metalls aufwenden können, mit dem Wert des Metalls im Gleichgewicht sein, sonst ist der Aufwand nicht wirtschaftlich. Wenn Materialien gemischt und sehr schwer zu trennen sind, wird dies entweder unpraktisch oder unwirtschaftlich.

Altmetall lässt sich aufgrund seines Wertes vergleichsweise gut recyceln. Für weniger wertvolle Materialien sind Steuern und Anreize erforderlich, um entweder Gebühren z. B. aus der Deponiesteuer zu vermeiden oder Vorteile aus staatlichen Programmen zu ziehen. Aufgrund dieser Schwierigkeiten landen die meisten Abfälle zur Energiegewinnung in Verbrennungsanlagen oder werden auf einer Deponie entsorgt.

Obwohl es vielleicht oberflächlich erscheint, zu sagen, man solle „weniger Materialien verwenden“, gibt es derzeit verfügbare Techniken, die den Bedarf an Bewehrungsstahl in Betonkonstruktionen ersetzen können. Beispielsweise ist Graphen seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 lange nicht mehr vorhanden, aber jetzt wird 3D-gedruckter, mit Graphen angereicherter Beton im britischen Hochgeschwindigkeitsbahnbau HS2 verwendet. Dieser Stahlbeton kann ohne Stahlbewehrung zur Bewehrung verwendet werden, wodurch der Bedarf an Stahl und die Notwendigkeit, ihn zu transportieren und zu recyceln, sinken.

Durch den Einsatz von Vorfertigung und Modulbau sowie Building Information Modeling oder BIM können in der Entwurfsphase auch Materialien eingespart werden.

Dies bedeutet, dass bei der Konstruktion sowohl auf Langlebigkeit als auch auf Reparierbarkeit geachtet wird. Ein Beispiel ist das FairPhone. Dieses ist modular aufgebaut, sodass bei Bruch Teile einfach mit einem handelsüblichen Schraubendreher ausgetauscht werden können und die Einzelteile online verfügbar sind. Es ist für die Reparatur konzipiert, was bedeutet, dass der Lebenszyklus des Produkts weit über das heute erwartete Maß hinaus verlängert werden kann.

Gebäude sollten ähnlich gestaltet sein, damit Elemente leichter wiederverwendet, repariert, recycelt oder wiederhergestellt werden können. Dies kann durch Bauen mit Komponenten erreicht werden, die durch 3D-Druck, Vorfertigung, BIM und Modularität von Gebäuden erstellt wurden.

Das Recycling von Baumaterialien kann je nach Material eine Herausforderung darstellen. Glücklicherweise sind Stahl, Glas und Gipskartonplatten alle in hohem Maße recycelbar. Nahezu der gesamte Baustahl (98 %) wird nicht auf Deponien entsorgt, wohingegen etwa 70 % des Bewehrungsstahls, der zur Betonverstärkung verwendet wird, recycelt werden. Eine sorgfältige Trennung kann diese Effizienz steigern.

Gipskartonplatten (Trockenbauwände) können unbegrenzt ohne nennenswerten Leistungsverlust recycelt werden, wenn sie im Ganzen aufbewahrt werden. Daher ist eine vorausschauende Planung erforderlich, um eine unbeschädigte Entfernung zu ermöglichen. Synthetischer Gips, der in Kohlekraftwerken hergestellt wird, sollte aufgrund seiner Toxizität vermieden werden. Durch das effiziente Recycling von Trockenbauwänden verringert sich die Notwendigkeit, mehr weiches Gipssulfatmineral abzubauen, das den Hauptbestandteil vieler Gipsformen darstellt.

Ebenso kann Glas unendlich oft bis zu seiner ursprünglichen Qualität zermahlen werden. Da es sich bei der Herstellung von Glas um einen äußerst energieintensiven Prozess handelt, eignet es sich ideal für das Recycling und sollte sorgfältig getrennt werden, um Verunreinigungen zu vermeiden.

Es ist wichtig, den Unterschied zwischen Recycling und Rückgewinnung zu beachten. Bei der Rückgewinnung kann man sich vorstellen, dass ein Gebrauchtgegenstand erneut verwendet wird. Es dürfte keinen intensiven Prozess durchlaufen haben, um es wieder in seine Bestandteile umzuwandeln. In der Abfallhierarchie wird dies als Upcycling bezeichnet. Zwei Beispiele für einen wachsenden Markt für Upcycling-Gebäude und deren Inhalte sind Globechain und Rockwool.

Hier gilt das alte Sprichwort „Der Abfall des anderen ist der Schatz des anderen“, denn alte Bauteile können zu einem Bruchteil der Kosten wiederverwendet werden. zB alte Ziegel, Holzspäne und Glasscheiben. Wenn man die Ineffizienzen und den Energiebedarf des Recyclings berücksichtigt, wird klar, warum dies eine viel höhere Priorität hat und nach Möglichkeit bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden sollte.

Eine Konstruktion, die die Trennung am Ende der Produktlebensdauer erleichtert und die Materialien vor dem Versand an eine Sortieranlage so gut wie möglich trennt, erhöht die Effizienz. Kunststoffharznummern sind eine Möglichkeit, mit der der Kunststoffhersteller der Recyclinganlage die Art des verwendeten Kunststoffs mitteilen kann. Nicht alle Kunststoffharznummern können recycelt werden oder erfordern dafür spezielle Einrichtungen.

Die modulare Offsite-Konstruktion ermöglicht eine einfachere Auswahl recycelbarer oder nachhaltiger Baumaterialien wie Holz. Holz, auch Bauholz genannt, wird hauptsächlich für strukturelle Zwecke in Gebäuden verwendet und kann etwa hundert Jahre halten. Da während dieser Zeit Kohlenstoff im Holz gebunden wird, trägt dies dazu bei, den Kohlenstoffgehalt des Gesamtprojekts zu senken.

Während es derzeit nicht möglich ist, Wolkenkratzer in der Größenordnung, die wir mit dem Empire State Building assoziieren, ohne Beton und Stahl zu bauen, steigt die Höhe von Gebäuden, die aus Holz gebaut werden können, mit modernen Bauweisen auf über 80 m. Das neue Stadion des Forest Green Rovers-Fußballclubs in Gloucestershire hat kürzlich die Baugenehmigung als weltweit erstes hölzernes Fußballstadion erhalten.

Bambus ist ein weiteres „Wundermaterial“, das sehr schnell wächst (3 Fuß pro Tag) und dabei Kohlenstoff aus der Luft aufnimmt. Es hat eine höhere Zugfestigkeit als Stahl, neigt jedoch zu natürlichem Abbau. Die Schweizerische Technische Hochschule untersucht Bambusfaser-Verbundwerkstoffe als Alternative zu Stahl. Es hat das Potenzial, bei 1 % der Kosten so stark wie Kohlefaser zu sein. Da Kohlenstoffbudgets auf Projekte angewendet werden, wird sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf die verkörperte Energie der Baumaterialauswahl richten.

Das Vereinigte Königreich, Dänemark, Frankreich, Ungarn, Neuseeland und Schweden haben alle gesetzlich verankerte Netto-Null-Emissionen bis 2050. Andere Länder verfügen entweder über Strategiepapiere, in denen sie Verpflichtungen zur Emissionsreduzierung eingehen, schlagen Gesetze vor, diskutieren darüber, Verpflichtungen einzugehen, oder sind überhaupt keine eingegangen.

Der Trend geht dahin, dass die Länder im Laufe der Zeit schrittweise zu gesetzlich verankerten Netto-Null-Zielen übergehen werden, was den Anstoß mit sich bringen wird, emissionsarme/hocheffiziente Gebäude gegenüber minderwertigen, billigeren Gebäuden zu bevorzugen. Dies lässt sich bereits am neuen britischen Budget für die Sanierung von Gebäuden in London, an der Aufmerksamkeit für den Wohnungsbau in Glasgow im Vorfeld der COP26 sowie an der neuen Infrastrukturbank erkennen, die als erste ihrer Art im Vereinigten Königreich gegründet wurde.

Im Vereinigten Königreich beispielsweise werden 74 % des Wohnungsbestands auf einer Wärmeeffizienz-Bewertungsskala von AG mit DG bewertet. Dies bedeutet, dass nur 26 % der Wohngebäude über eine AC-Bewertung für thermische Effizienz verfügen (Stand 2016 – gegenüber 10 % im Jahr 2001). Es ist verständlich, wenn man in eine Zeit zurückblickt, in der die Treibstoffpreise günstiger waren und eine Nachfrage nach Schnellbauten bestand; aber moderne Anforderungen bestehen in Effizienz und Langlebigkeit.

Mithilfe von Laserscanning-Lösungen ist es möglich, nachträglich ein Innen- und Außenmodell eines Gebäudes zu erstellen. Dadurch kann ein genauer digitaler Zwilling des Gebäudes erstellt werden.

Ursprüngliche Schaltpläne könnten Materialtypen und Alter der Komponenten angeben, um eine intelligente vorausschauende Wartung zu ermöglichen. Der Business Case richtet sich an gewerbliche Immobilienverwalter, die sich mit den Betriebskosten eines Vermögenswerts im Laufe der Zeit befassen.

Auch günstige, naturbasierte Lösungen sind ein erstrebenswertes Ziel. Lebende Wände/Paneele können eine relativ kostengünstige Möglichkeit sein, die Isolierung zu verbessern, indem sie an Außenwänden befestigt werden. Außerdem bieten sie etwas Grün für Insekten, absorbieren einige Emissionen aus der Luft und geben den Menschen ein Gefühl des Wohlbefindens. Durch die kostengünstige Steigerung der Leistung eines Gebäudes kann es dazu beitragen, die Notwendigkeit zu verringern, alte Komponenten des Gebäudebestands zu ersetzen und somit zu recyceln.

Für Anleger ist auch der Risikofaktor Klimawandel zu berücksichtigen, da die Betriebskosten steigen und die Aufmerksamkeit für nachhaltige Entwicklungen zunimmt. Die Modellierung von Klimarisiken spielt in Finanzsystemen eine zunehmende Rolle, da das Risiko ein wichtiger Bewertungsfaktor für Aktien und Versicherungsunternehmen ist.

Das Herunterspielen von Klima- oder Umweltrisiken kann für ahnungslose Kunden oder Investoren zu ernsthaften Problemen führen. Die Auswirkungen einer nicht nachhaltigen Entwicklung lassen sich an den Auswirkungen des Hurrikans Katrina in New Orleans erkennen, wo rücksichtslose Entwicklung unterhalb des Meeresspiegels durchgeführt wurde und gleichzeitig die Feuchtgebiete des Mississippi-Deltas erodiert und dieser Puffer gegen Sturmfluten entfernt wurde. Das Gleiche gilt für minderwertige Infrastruktur in bezahlbarem Wohnraum, die anfälliger für Stürme ist und möglicherweise vom Versicherungsschutz ausgeschlossen ist, wenn sie sich in Gebieten mit hohem Risiko für Wetterereignisse befindet.

Die Suche nach technologischen Innovationen zur Lösung von Problemen im Zusammenhang mit Klimawandel und Abfall wird als technokratische oder „Golden Bullet“-Lösung bezeichnet, und die Gefahr besteht darin, dass die Branche auf solche Innovationen wartet. Da jedoch in den nächsten 30 Jahren voraussichtlich 20 % der Gebäude Neubauten sein werden und die neuen Bauvorschriften immer strenger werden, besteht immer noch großer Spielraum für die Anwendung solcher Methoden, während gleichzeitig der alte Bestand langsam an moderne Standards angepasst wird.

Die potenzielle Anwendung neuer Bautechniken sowie die baulichen Anforderungen für Neubauten sind vielfältig und entwickeln sich ständig weiter. Ein digitaler Zwilling und die Erstellung von Reisepässen werden wahrscheinlich eine Rolle spielen, da wir in eine Ära eintreten, die zunehmend von Daten beeinflusst wird. Dies lässt sich leichter in Neubauten umsetzen, wo bereits eine Aufzeichnung des 3D-Modells eines Gebäudes sowie die Auswahl der Komponentenmaterialien vorhanden sein können.

Modellierungssoftware kann jetzt Nachhaltigkeitseinblicke liefern, wie zum Beispiel das Life Cycle Assessment (LCA)-Tool Sefeira, das als Plug-in für Sketchup verfügbar ist, oder die Zusammenarbeit zwischen One Click LCA und Trimble, die es Benutzern der BIM-Software Tekla von Trimble ermöglicht, CO2-Emissionen zu berechnen in verschiedenen Phasen eines Projekts.

Tools zur Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) verknüpfen den Umweltkontext (z. B. umliegende Ökosysteme) eines Gebäudes mit Entwurfsüberlegungen. Die beiden am häufigsten verwendeten Ansätze zur Analyse der Umweltleistung eines Gebäudes als Ganzes sind die Ökobilanz (LCA) und das Green Building Rating Systems (GBRS). Während GBRS meist auf qualitativen Kriterien basieren, sind Ökobilanzen eher quantitativ und erleichtern den Vergleich zwischen Designentscheidungen.

Einige GBRS, wie LEED, BREEAM und Green Star, haben LCA als Teil ihres Bewertungssystems integriert – wobei LCA-Tools für das Akkreditierungsprogramm akzeptabel wurden. Die Anwendung eines Kreislaufwirtschaftsansatzes kann daher dazu beitragen, dass Gebäude Zertifizierungen wie BREEAM erhalten, wenn sie bereits in der Planungsphase angewendet werden.

Wenn alle Konzepte einer Kreislaufwirtschaft angewendet werden, müssen wir weniger recyceln und wiederverwenden, aber der Bedarf wird dennoch vorhanden sein. Aber warum sollte sich ein Bauunternehmen für die Verwendung recycelter Materialien entscheiden, wenn eine Änderung des normalen Geschäftsbetriebs zu Unterbrechungen der Lieferketten oder Designüberlegungen führen kann?

Die Anreize nehmen zu – da Länder und Kommunen CO2-Budgets festlegen, stehen häufig Mittel zur Verfügung (z. B. Europäischer Fonds für regionale Entwicklung und möglicherweise das Infrastrukturgesetz in den USA) für innovative Techniken, die in der Industrie eingesetzt werden und zur Erreichung dieser Ziele beitragen.

Das Gleiche gilt für die Baugenehmigung: Wenn ein Projekt nachweislich positive Auswirkungen auf die Gesellschaft hat, ist es wahrscheinlicher, dass ihm eine Genehmigung erteilt wird. Im Vereinigten Königreich beispielsweise haben 230 Kommunen den Klimanotstand ausgerufen und gewähren in ITTs und PQQs Vorzugsbehandlung, wenn Umweltaspekte in einem Entwicklungsprojekt berücksichtigt werden. Es ist auch eine großartige PR-Gelegenheit für den Ruf eines Unternehmens.

Die Herausforderung besteht darin, Projekte von Konzepten in die Realität umzusetzen. Das vernetzte Bauen bietet hier großes Potenzial. Wenn Daten die Materialauswahl der Komponenten von der Konzeptphase bis zur Realisierung leiten, können Gebäudepässe zum Mainstream werden, die einen Einblick in das ausgewählte Material, seine Geschichte und eine damit verbundene Lebenszyklusbewertung für das Projekt als Ganzes bieten.

Bei Trimble betreuen wir Kunden im Bausektor seit 25 Jahren und werden noch viele weitere Jahre für uns da sein. Wir glauben, dass wir erfolgreich sind, wenn Sie erfolgreich sind. Wenn Sie einen Partner suchen, der über umfassende Erfahrung mit Bauprojekten aller Größen und in vielen Branchen im ganzen Land verfügt, sind Sie bei uns genau richtig. Wir sind Ihnen gegenüber rechenschaftspflichtig – und Sie können auf uns zählen.

Duncan WilliamsNachhaltigkeitsmanager – Leeds – Vereinigtes Königreich

Duncan ist ein Umweltspezialist mit über fünf Jahren Branchenerfahrung in den Bereichen Umweltmanagement, Ökologie, Geodäsie und Vermessung. Vor seiner Branchenerfahrung erwarb Duncan einen MSc. in nachhaltiger Entwicklung und einen BSc. in Naturschutzbiologie. Er hofft, Trimble dabei zu helfen, führend in Sachen Nachhaltigkeit zu werden und Praktiken einzuführen, die uns helfen, Marktführer zu werden und den Planeten zu schützen. Seine Interessen sind Klimawandel, Meeresbewirtschaftung und der Anbau von frischem Obst und Gemüse.