Ressourceneffizienz durch recyclinggerechte Konstruktion ... · Ziele der EU European Committee for...

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Ressourceneffizienz durch recyclinggerechte Konstruktion und Baustoffe. Raban Siebers M.Sc. bauforumstahl e.V. Düsseldorf

» Ressourceneffizienz.

» Rechtlicher Rahmen.

» Umwelt-Produktdeklaration.

» Ökobilanzielle Vergleiche.

» Planungsgrundsätze.

Agenda

» Herstellung – Rohstoffe – Energie – Arbeit – Kapital – Raum

» Nutzung – Dauerhaftigkeit – Funktion – Nutzerkomfort – Umnutzungsfähigkeit

» Entsorgung – Wiederverwendung – Recycling – Deponie

Dimensionen der Ressourceneffizienz

Der Gebäudesektor verursacht… » 40 % des Energieverbrauchs » 30 % der CO2 Ausstöße » 50 % des Ressourcenverbrauchs » 60 % des Abfallaufkommen

– davon 83% „Verwertung“

– aber nur 10% wirklich recycelt

Hier gibt es Einsparpotenzial!

Leitmarkt Bausektor

Ziele der EU

European Committee for Standardization

» Politische Vorgaben für den Bausektor: – Senkung der CO2-Emissionen um 30%

gegenüber 1990 bis 2030. – Senkung des Energieverbrauchs um 20% gemessen an den Prognosen für 2020. – 70% Recycling- und Verwertungsquote für

Bau- und Abbruchabfälle bis 2020.

» Normativer Kontext – Normenausschuss CEN/TC 350 erstellt

europäische Normen (EN) für das Nachhaltige Bauen.

– Bauprodukte: EN 15804 – Gebäudebewertung: EN 15978

» Ziel: Schonung von Umwelt und Ressourcen durch Vermeidung von Abfällen.

» Mittel: neue Abfallhierarchie:

1. Vermeidung 2. Wiederverwendung 3. Recycling 4. Sonstige Verwertung, z.B.

energetische Verwertung 5. Beseitigung Festlegung einer Recycling- und Verwertungsquote für Bau- und Abbruchabfälle von 70% ab 2020.

Rechtsrahmen Abfallrahmenrichtlinie

» Ziel: Schonung der natürlichen Ressourcen und Verlängerung der Nutzungsdauer.

» Mittel: neue Grundanforderung Nr. 7: „Nachhaltige Nutzung der natürlichen Ressourcen“: - Wiederverwendungs- und

Recyclingfähigkeit von Bauteilen. - Dauerhaftigkeit des Bauwerks und

der Bauteile. - Umweltverträglichkeit der Roh- und

Sekundärbaustoffe.

Vollständig rechtskräftig wird die neue Verordnung ab 1. Juli 2013.

Rechtsrahmen Bauproduktenverordnung

» Ziel: Verminderung des Energieverbrauchs von Gebäuden.

» Mittel:

neue Grenzwerte und Anforderungen: - unterstützt die Verbesserung der

Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden.

- Einführung des Niedrigstenergiestandards ab Anfang 2021 für alle Neubauten.

- Erweiterung der Aushangpflicht für Energieausweise.

- Einführung von Qualitätskontrollen für Energieausweise.

Rechtsrahmen EU-Gebäuderichtlinie

Ökobilanz Bürogebäude in Deutschland

Jahr 1 25 Jahre 50 Jahre

1995

Prim

ären

ergi

e

8% 15%

Material

Nutzung (ohne Nutzerausstattung)

Quelle: Peter Mösle (Drees & Sommer)



1995

2005

Prim

ären

ergi

e

8% 15% 15% 25%



Material



1995

2005

2020

Prim

ären

ergi

e

8% 15% 42% 15% 25% 60%



Material

Entwicklung seit 1960-er Jahre: » Energieverbrauch - 38% » CO2-Emissionen - 44% » Wasserverbrauch - 50 % » Staubausstoß - 90% Nutzung von Nebenprodukten: » Schlacke (z.B. Zementherstellung) » Prozessgase (z.B. Energiegewinnung) » Benzol, Schwefel, Teer usw.

Ressourceneffizienz in der Stahlproduktion

Sammelverlust 1%

Recycling 88%

Wiederverwendung 11%

energetische Verwertung

67%

stoffliche Verwertung

33%

Bauholz

Deponie 29%

Straßen- und Wegebau

35%

Vefüllung, Lärmschutz

28%

Asphalt 6%

Betonzuschlag 2% Beton

» Stahlschrott ist wertvoller Sekundärrohstoff.

Wiederverwendung / Recycling

Baustahl Quellen: Baustahl: EPD-BFS-2010111-D: Umwelt-Produktdeklaration Baustähle: Offene Walzprofile und Grobbleche; Institut Bauen und Umwelt e.V., 2010

Bauholz: Informationsdienst Holz, 2009

Beton: Umweltministerium Baden-Württemberg, 2009

Recycling von Stahl

1,0 0,99 0,98 0,97

0,96 0,95 0,94

0,93 0,92

0,91

» Was aus einer Tonne Stahl wird bei 99 % Recycling-Rate

» Stahl wird genutzt, nicht verbraucht. » 1 Tonne 10 mal genutzt => 9,56 Tonnen.

Vor dem Lebensbeginn des Gebäudes: Produktphase

Bauphase Nutzungsphase Lebensende des Gebäudes

Über das Lebensende des Gebäudes

hinausgehende Gutschriften und

Belastungen

= Lebensende des Produkts

A1: Rohstoffabbau

A2: Transport

A3: Herstellung

A4: Transport

A5: Bau- und Installationsstadium

B1: Nutzung

B2: Instandhaltung

B3: Reparatur

B4: Ersatz

B5: Erneuerung

B6: Betrieb

B7: betrieblicher Wasserverbrauch

C1: Abbau- und Abriss

C2: Transport

C3: Abfallaufbereitung

C4: Deponie

D: Wiederverwendung, Recycling, Verwertung

= Ersatz von Primärproduktion

Information zur Gebäudebeurteilung

Angaben zum Lebenszyklus des Gebäudes

Europäische Normung Modularer Lebenszyklus

» Bauprodukte: EN 15804 » Gebäudebewertung: EN 16978

» Umwelt-Produktdeklaration

Environmental Product Declaration EPD

» ca. 200 EPDs in Deutschland www.bau-umwelt.de

Umwelt-Produktdeklaration

Umwelt-Produktdeklaration Deklarationstypen

Typ I Typ II Typ III

zertifizierte Ökolabel Selbstdeklarationen Umweltdeklarationen

unabhängige Prüfung durch externe Dritte ja möglich ja

Betrachtete Kenngrößen

mehrere extern festgelegte Kriterien

vom Unternehmen selbst definierte

Umweltstandards

Umwelt- und technische Daten entlang des

Produktlebensweges

Beispiel Carbon Footprint

» werden von Experten und Herstellern erstellt

» werden von unabhängiger Seite verifiziert (IBU)

» bleiben in Verantwortung des Herstellers

z.B.

Änderungen der Daten und/oder deren Aktualisierung

Umwelt-Produktdeklaration Verantwortung

Energieverbrauch Treibhauspotenzial Wasserverbrauch Abfälle Umwelteinwirkungen … ..

Umwelt-Produktdeklaration Produktebene Eisenerz Schrott Kohle Energie Wasser … ..

Umwelt-Produktdeklaration Gebäudeebene

http://www.dgnb-navigator.de/�

EPD Baustahl Produkte

» Warmgewalzte Stahlbauprofile

und Stabstahl » Grobblech » Stahlgüten S235 bis S960

EPD Baustahl Hersteller

» EPD im IBU-Format in D

» LCA Daten weltweit gültig Gesamtproduktion

Baustahl

» ArcelorMittal » Peiner Träger » Stahlwerk Thüringen » Dillinger Hütte » Ilsenburger Grobblech » TATA Steel Europe

» Dornier Museum, Friedrichshafen

» Maintalbrücke Nantenbach, Neuendorf

Umwelt-Produktdeklaration Umfang





Belastungen


A1: Rohstoffabbau

A2: Transport

A3: Herstellung

A4: Transport


B1: Nutzung

B2: Instandhaltung

B3: Reparatur

B4: Ersatz

B5: Erneuerung

B6: Betrieb



C2: Transport


C4: Deponie





EPD EPD EPD EPD

EPD EPD

Öko

bau.

dat 0

9

Öko

bau.

dat 0

9

Öko

bau.

dat 0

9

Öko

bau.

dat 0

9

Öko

bau.

dat 0

9

Öko

bau.

dat 0

9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Treibhauspotenzial (GWP)

Ozonabbaupotenzial (ODP)

Versauerungspotenzial (AP)

Eutrophierungspotenzial (EP)

Sommersmogpotenzial (POCP)

Gesamtprimärenergie

EPD Baustahl Im Vergleich mit Durchschnittsdaten » EPD Baustahl & Ökobau.dat

-30 %

-36 % -36 % -40 %

-27 % -25 %

» vereinfachte Typenhalle des »bauforumstahl e.V.

» Vergleiche erstellt durch die RWTH

Aachen » verschiedenen

Ausführungsvarianten

Vergleich mit anderen Baustoffen Ökobilanz einer Halle

» Modellcharakter

» Prinzipien und

Grundsätze der Ökobilanzierung von Hallen werden aufgezeigt.

Vergleich mit anderen Baustoffen Ökobilanz einer Halle

» E.ON Energy Research Center, Aachen

– Dachneigung: 5° – Binderabstand: 6 m – Schneelast: 75 kg/m²

Ökobilanz einer Halle Typenhalle

S 235 S 460

Baustahl Güten:


Stahlbeton Stahlbeton-Stützen Brettschichtholz-Binder

» Tragwerk | Bauweise

Eingespannte Stützen, Binder gelenkig angeschlossen

» Tragwerk | statisches System

Zweigelenkrahmen


Stahl Stahl

Beton Beton

Beton

Beton

Bewehrungsstahl

Bewehrungsstahl Holz

61,4 64,7

208,4

144,7

0

40

80

120

160

200

240

Stahl-Tragwerk S 235 Stahl-Tragwerk S 460 Stahlbeton-Tragwerk Stahlbeton-Holz-Tragwerk

Massen Gesamte Halle | t

Ökobilanzierung Datenbanken

» Umwelt-Produktdeklarationen (EPD-BFS-2010111) „Baustähle: Offene Walzprofile und Grobbleche”.

» Ökobau.dat 2011 des Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung BMVBS. (nachhaltigesbauen.de).

Betrachtungsrahmen der Ökobilanz nach EN 15978





Belastungen


A1: Rohstoffabbau

A2: Transport

A3: Herstellung

A4: Transport


B1: Nutzung

B2: Instandhaltung

B3: Reparatur

B4: Ersatz

B5: Erneuerung

B6: Betrieb



C2: Transport


C4: Deponie





Betrachtungsrahmen Szenarien für das Lebensende

88% Recycling

11% Wiederverwendung

1% Sammelverlust

29% Deponie

71% „Downcycling“

Baustahl

Beton

» Vereinfachung wie auch im DGNB System angewendet.

Bauholz

100% energetische Verwertung

456 Herstellung

361 Herstellung

246 Herstellung

240 Herstellung

-200

-100

0

100

200

300

400

500

Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz

Prim

ären

ergi

e, n

icht

ern

euer

bar i

n M

J/m

² BG

F Nicht erneuerbare Primärenergie des Tragwerks | MJ/m² BGF

» Fundamente Berücksichtigt

456 Herstellung

361 Herstellung

246 Herstellung

240 Herstellung

-172 Recycling

-133 Recycling

-15 Downcycling & Deponierung

-111 energetische Verwertung

-200

-100

0

100

200

300

400

500


Prim

ären

ergi

e, n

icht

ern

euer

bar i

n M

J/m

² BG



456 Herstellung

361 Herstellung

246 Herstellung

240 Herstellung

-172 Recycling

-133 Recycling


-111 energetische Verwertung

284 Bilanz

228 Bilanz

231 Bilanz

129 Bilanz

-200

-100

0

100

200

300

400

500


Prim

ären

ergi

e, n

icht

ern

euer

bar i

n M

J/m

² BG



Treibhauspotenzial des Tragwerks | kg CO2-Äquiv./m² BGF


42 Herstellung

34 Herstellung 32

Herstellung

Herstellung 2

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50


GW

P in

kg

CO2-

Äqui

v./m

² BG

F



42 Herstellung

34 Herstellung 32

Herstellung

Herstellung 2

-18

Recycling

-14 Recycling

+5 Downcycling & Deponierung

+17 energetische Verwertung

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50


GW

P in

kg

CO2-

Äqui

v./m

² BG

F



42 Herstellung

34 Herstellung 32

Herstellung

Herstellung 2

-18

Recycling

-14 Recycling

+5 Downcycling & Deponierung

+17 energetische Verwertung

23 Bilanz 21

Bilanz

37 Bilanz

19 Bilanz

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50


GW

P in

kg

CO2-

Äqui

v./m

² BG

F

Vergleich mit anderen Baustoffen Ökobilanzierung Geschossbau

» Vergleich von typischen dreigeschossigen Büro und Verwaltungsgebäuden.

» Ökobilanzieller Vergleich von Tragwerken in Stahlverbund- und einer Stahlbetonbauweise.

» Die betrachteten Gebäude sind repräsentativ für viele gebaute Objekte. 0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 - 3 4 - 5 6 - 8 An

teil

an d

er g

esam

mte

n G

esch

ossf

läch

e

Anzahl der Geschosse

Verteilung der Gebäudeklassen in Niedersachsen

» Mustergebäude aus FOSTA Forschungsvorhaben P 826. » „Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Stahl im Geschossbau unter

besonderer Berücksichtigung des Brandschutzes.“ Untersuchung von Bürogebäuden in Stahl- und Verbundbauweise.

Ökobilanzierung Geschossbau Mustergebäude

» Abmessungen ca. 35 m x 13 m. » Brandschutz des Baustahls durch Verkleidung mit Brandschutzplatten F30. » Tragende Bodenplatte 40 cm für Massivbau und Stahlbau.


» 16 cm Verbunddecken / 20 cm Betonflachdecken. » Durchlaufstützen mit Walzprofilen/Stahlbetonstützen, gelenkig gelagert » K-Verbände/Wandscheiben


Baustahl

Beton

Beton

Bewehrung

Bewehrung

421

1.113

0

200

400

600

800

1.000

1.200

Stahlverbund Massivbau

Mas

se in

t

» Incl. Brandschutz.

Massen für das Tragwerk in t

» Ohne Fundamente und Bodenplatte.

86 Herstellung

102 Herstellung

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140


GW

P in

kg

CO2-

Äqui

v. /

m² B

GF

Treibhauspotenzial in kg CO2-Äquiv./m² GFA

» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.

86 Herstellung

102 Herstellung

-21 Recycling

16 Downcycling & Deponierung

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140


GW

P in

kg

CO2-

Äqui

v. /

m² B

GF



86 Herstellung

102 Herstellung

-21 Recycling

16 Downcycling & Deponierung

65 Bilanz

118 Bilanz

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140


GW

P in

kg

CO2-

Äqui

v. /

m² B

GF



Primärenergie, nicht erneuerbar in MJ/m² GFA

855 Herstellung

736 Herstellung

-400

-200

0

200

400

600

800

1.000


Prim

ären

ergi

e, n

icht

ern

euer

bar i

n M

J/m

²



855 Herstellung

736 Herstellung

-248 Recycling


-400

-200

0

200

400

600

800

1.000


Prim

ären

ergi

e, n

icht

ern

euer

bar i

n M

J/m

²



855 Herstellung

736 Herstellung

-248 Recycling


606 Bilanz

685 Bilanz

-400

-200

0

200

400

600

800

1.000


Prim

ären

ergi

e, n

icht

ern

euer

bar i

n M

J/m

²


» Grundlegende Homogenität in der Stoffauswahl: Wenige unterschiedliche Materialien → weniger unterschiedliche Entsorgungswege.

» Vorsehen von stofflicher Trennbarkeit: Rückbau durch leichte Lösbarkeit von

Materialverbindungen (z.B. Schrauben) → Hohe Wahrscheinlichkeit für einer Wiederverwendung und Recycling durch eine sortenreine Trennung.

Planungsgrundsätze für Recycling

» Verwendung von wirklich recycelbaren Baustoffen: Die Materialqualität bleibt erhalten. Ressourcenschonung und

Abfallvermeidung durch vollständige Kreislaufwirtschaft → „Urban Mining“ – Die Stadt als Rohstoffquelle.


» Kreislauffähige Bauprodukte mit Umwelt-Produktdeklaration (EPD) ausschreiben. →Transparenz für den Planer durch konkrete Produkteigenschaften zu Umwelteinwirkungen und darüber hinaus. Ressourceneffizienz bei Herstellung, Betrieb und Recycling.


» Richtlinien und Verordnungen drängen zu einer konsequente Kreislaufwirtschaft für Bauprodukte.

» Das Lebensende der verwendeten Baustoffe spielt eine wichtige Rolle für die Ökobilanzielle Bewertung eines Gebäudes.

» Die hohe Bedeutung der Rückbaubarkeit und Recyclingfreundlichkeit eines Gebäudes fordert eine gezielte Planung.

» Stahl ist in diesen Punkten durch die konsequente Nutzung von industriellen Kreisläufen unübertroffen.

Fazit

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