Haustech 4/2019

Mit weniger mehr bauen

Beton ist der häufigste Baustoff in der Schweiz. Im Bild: Schulhaus Buechen, Gewinnerprojekt des Architekturpreises Beton 2017, Architektin: Angela Deuber, Chur. (Foto: Giuseppe Micchiché)
Simon Eberhard /

Die Erstellung von Gebäuden benötigt Rohstoffe – doch deren Vorrat ist nicht unendlich. Die Forschung fokussiert nicht nur auf eine schonendere Förderung und Herstellung von Bauteilen, sondern auch auf deren Wiederverwertung.

Woraus werden Gebäude heute gebaut? Und wie wirken sich die Materialflüsse auf die Umwelt aus? Mit solchen Fragen befasste sich vor drei Jahren das Projekt «MatCH». Im Auftrag des Bundesamts für Umwelt (Bafu) ermittelte ein Projektteam der Empa die Effizienz des Verbrauchs von Materialressourcen in der Schweiz, unter anderem auch im Hoch- und Tiefbaubereich.

Im Rahmen der Studie erfassten die Autoren die sogenannten «Lagermengen im Bauwerk Schweiz» für das Jahr 2015. Die Resultate, die sich seither nicht wesentlich geändert haben dürften, sprechen eine deutliche Sprache: Mit einem Volumen von 1317 Millionen Tonnen bei einem Gesamtvolumen von 3167 Millionen Tonnen nimmt der Beton in der Schweizer Bauwirtschaft eine dominierende Rolle ein (s. Grafik S. 10). Diese Zahl umfasst sowohl den Hochbau  als auch den Tiefbaubereich. Beschränkt man sich auf den Hochbaubereich, schwingt der Beton noch deutlicher obenaus. Bei Ein- und Mehrfamilienhäusern beispielsweise besteht über die Hälfte des gesamten Bauwerks aus Beton.

Guter Wärmespeicher

Die Dominanz des Betons rührt wohl in erster Linie daher, dass der Baustoff verschiedenste Vorteile in sich vereint. So ist er frei formbar und ermöglicht damit vielseitige architektonische Gestaltungsvarianten. Gleichzeitig ist er auch gebäudetechnisch interessant, verfügt er doch über eine hohe Wärmespeicherfähigkeit, wodurch wertvolle Energie für das Heizen oder Kühlen eingespart werden kann.

Für die Herstellung von Beton wird eine Gesteinskörnung aus Sand und Kies mit Wasser und Zement vermischt. Zement wiederum wird aus Kalkstein und Mergel hergestellt. Und in diesem Herstellungsprozess liegt das grosse «Aber» des Betons im Hinblick auf die Nachhaltigkeit. Denn bei der Erhitzung von Kalkstein für die Herstellung von Klinker, einem Bestandteil von Zement, werden grosse Mengen an CO2 freigesetzt. Die Zementindustrie arbeitet deshalb schon seit mehreren Jahren daran, diesen CO2-Anteil zu reduzieren. Das Schweizer Unternehmen Holcim beispielsweise hat 2018 das weltweit erste normierte Zementprodukt auf den Markt gebracht, das Mischgranulat aus Rückbauprojekten als Klinkerersatz enthält. Nun hat der Zementhersteller in Zusammenarbeit mit Forschern der ETH Zürich ein weiteres Zementprodukt entwickelt, bei dem noch mehr Klinker durch andere Materialien ersetzt wird.

Produkt wird komplexer

«Bei der Entwicklung des neuen Produkts stand die weitere Senkung des CO2-Fussabdrucks bei gleichzeitiger Beibehaltung der Produkteigenschaften im Vordergrund», erläutert Peter Kruspan, Produktingenieur Holcim (Schweiz) AG. «Der Kunde soll bei der Anwendung keinen Unterschied zu anderen Produkten desselben Einsatzgebiets feststellen.» Als Ersatz für den Klinker nutzt das Unternehmen eine Mischung aus Kalkstein, gebranntem Schiefer sowie Flugasche. Ein von der ETH entwickelter natürlicher Aktivator sowie Betonzusatzmittel sorgen zudem dafür, dass die chemischen Reaktionen zeitlich in einem ähnlichen Rahmen ablaufen wie bei klassischen Produkten. «Diese Stoffe wirken wie eine Art Katalysator », erklärt Kruspan.

So hat sich der Zement vom simplen Zwei-Komponenten-Produkt (Klinker und Gips) zu einem Multi-Komponenten-Produkt weiterentwickelt, wie Kruspan ausführt. Das neue Produkt beispielsweise besteht aus deren fünf. «Das macht ein ursprünglich sehr einfach herzustellendes Produkt äusserst komplex.» So ist es nicht nur unerlässlich, jeden einzelnen Bestandteil im Detail zu verstehen, sondern auch zu wissen, wie die Stoffe miteinander reagieren.

20 Prozent weniger CO2

Nach erfolgreichen Tests im Labor wird das neue Produkt derzeit beim Bau eines Büro- und Verwaltungsgebäudes im österreichischen Nüziders unter realen Bedingungen gründlich getestet, indem Sensoren in den Beton eingebaut wurden. Erste Ergebnisse aus diesem Monitoring erwartet das Projektteam ab 2020. Gemäss Schätzungen von Holcim können damit rund 20 Prozent CO2 im Vergleich zu heutigen Durchschnittszementen eingespart werden. Die Verwendung alternativer Brennstoffe sowie die Senkung des Klinkeranteils sind zwei wichtige Hebel bei der Herstellung klimafreundlicher Zemente – aber nicht die einzigen, wie Kruspan betont. «Klinkerfreier Zement ist nicht per se CO2-frei», hält er fest. «Es gilt, alle Komponenten und ihre jeweiligen 
CO2-Fussabdrücke zu berücksichtigen. Gleichzeitig muss die Mischung der einzelnen Inhaltsstoffe genau austariert und beherrscht werden, um Qualität 
und Eigenschaften des fertigen Produkts sicherzustellen.»

Der Projektingenieur plädiert deshalb für eine ganzheitliche Betrachtungsweise. In Zukunft werde es darum gehen, Komponenten mit geringem CO2-Fussabdruck miteinander zu kombinieren und gleichzeitig die gewünschten Eigenschaften des fertigen Produkts beizubehalten. «Bei der Suche nach Inhaltsstoffen sind lokale Sekundärrohstoffe eine interessante Quelle.» Damit spricht Kruspan die Wiederverwertung bestehender Baumaterialien an – ein Thema, das im Hinblick auf nachhaltiges Bauen ebenfalls immer wichtiger wird. Denn die Vorräte der Rohstoffe auf der Erde sind nicht unbegrenzt, während die Nachfrage nach neuen Bauten aufgrund des Bevölkerungswachstums in den kommenden Jahren weiter zunehmen dürfte. Auf die bereits bestehenden Vorräte zurückzugreifen, wird so irgendwann unerlässlich.

Gebäude als Rohstoffquelle

Das Recycling von Baumaterialien liegt auch Felix Heisel am Herzen. Der am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) tätige Architekt hat 2014 mit zwei Mitautoren das Buch «Building from Waste» publiziert, in dem er Beispiele aufzeigt, wie aus bereits verwendeten Materialien Neues erschaffen werden kann. «Der Ressourceneinsatz ist exponentiell steigend», sagt Heisel und verweist auf das Beispiel Zement, von dem in China im Zeitraum von drei Jahren (2011 bis 2013) mehr verbaut wurde als in 
den USA in den 100 Jahren von 1901 bis 2001. «Die Gebäude, in denen wir uns aufhalten, werden so immer interessanter als Rohstoffquelle», folgert Heisel daraus.

Um diese Rohstoffquelle in der Praxis zu erforschen, haben Werner Sobek, Dirk E. Hebel und Felix Heisel die Unit «Urban Mining and Recycling» des Empa-Forschungsgebäudes NEST in Dübendorf konzipiert (s. Box S. 13). «Mit der Unit haben wir uns das Ziel gesetzt, ein Gebäude zu bauen, das seine Ressourcen aus der städtischen Mine bezieht, also Materialien nutzt, die bereits einen oder mehrere Lebenszyklen hinter sich gebracht haben. Zusätzlich sind diese dann reversibel gefügt, so dass das Gebäude ein Materiallager für die Zukunft darstellt», erklärt er. Ein Gebäude, das man aus bereits verwendeten Teilen bauen kann also, und das man nachher 
wieder auseinandernehmen kann. «Das Projekt soll dabei auch zeigen, dass ein solcher Baustil nicht nur nachhaltig ist, sondern auch ästhetisch und architektonisch hochwertig sein kann und sein muss», erläutert Heisel.

Hin zur Kreislaufwirtschaft

Heisel ist bestrebt, das derzeitige lineare Wirtschaftssystem in eine Kreislaufwirtschaft zu überführen. Er unterscheidet dabei zwischen dem biologischen Kreislauf und dem technischen Kreislauf. Im biologischen Kreislauf müssen die Materialien kompostierbar sein. Er nennt als Beispiel einen Pilz, dessen Organismus sich als biologischer Klebstoff für Sägespäne eignet. In der NEST-Unit wird dieses so hergestellte Material als Dämmung verwendet. «Man kann eine so gewachsene Wand nach der Nutzung einfach auf den Kompost schmeissen», so Heisel.

Der technische Kreislauf wiederum umfasst einerseits die Wiederverwendung, andererseits die Wiederverwertung. Bei der Wiederverwendung wird ein fertiges Bauteil wie beispielsweise eine Türklinke genauso in einem neuen Gebäude eingesetzt. Im Unterschied dazu wird in der Wiederverwertung beispielsweise gesammeltes Altglas dazu verwendet, eine Glasplatte herzustellen, die dann als Bauelement einen neuen Verwendungszweck findet. Eine 
wichtige Voraussetzung für den Schritt von der Wegwerf- in die Kreislaufwirtschaft besteht gemäss Heisel darin, dass die Energie, die benötigt wird, um ein Produkt umzubauen, aus einer regenerativen Quelle stammt.

Ökonomische Notwendigkeit

Der bewusste Umgang mit Ressourcen birgt also 
ein riesiges Potenzial für eine nachhaltigere Bauwirtschaft. Dass das Recycling-Bauen derzeit aber noch in den Kinderschuhen steckt, dessen ist sich Heisel bewusst. Dennoch ist er überzeugt, dass das Thema in den nächsten Jahren auch in der Wirtschaft an Dringlichkeit gewinnen wird. «Nachdem die Ressourcenpreise über Jahre gefallen sind, steigen sie seit einigen Jahren wieder steil an», sagt er mit Verweis auf die Studien verschiedener Ratingagenturen. Darin sieht er ein starkes Argument für die Kreislaufwirtschaft: «Aus einer ökonomischen Notwendigkeit heraus wird jedes Unternehmen überlegen müssen, wie sich das Ressourcenproblem auch inhouse lösen lässt.»

Mit anderen Worten: Ab einem gewissen Punkt wird es für ein Unternehmen 
auch finanziell günstiger, auf bereits bestehende Rohstoffe zurückzugreifen. Spätestens dann wird die Kreislaufwirtschaft vom idealistischen Ziel zum Gebot der Vernunft.