Kapitel 3:

− ca. 50 % des globalen CO 2 Ausstoßes

− ca. 40 % des globalen Energieverbrauchs

− ca. 50 % des globalen Ressourcenverbrauchs

− ca . 50 bis 60 % des globalen Abfallaufkommen

• Infolge zunehmender Energieeffizienz und Nutzung erneuerbarer Energie nehmen die betriebsbedingten CO 2 Emissionen ab.

• Der Anteil konstruktionsbedingter CO 2 Emissionen nimmt weiter zu, sodass die Reduktion der konstruktionsbedingten CO 2

Emissionen über Wahl von Materialien mit geringem Treibhauspotenzial und hohe Materialeffizienz an Bedeutung gewinnt!

Nach dem Pariser Klimaabkommen sollen spätestens ab 2050 nur noch emissionsneutrale Energieträger zum Einsatz kommen sodass diese energiebedingten Emissionen quasi auf null minimiert

• folgende Begrenzungen der globalen Erwärmung beschlossen:

  • unter 2°C im Vergleich zur vorindustriellen Zeit

  • möglichst bei 1,5°C stoppen!

• Wichtig!!

  • Das Pariser Klimaziele sind politische Ziele!

  • Es zählt jedes Zehtelgrad

• Mit den heutigen Klimaschutzmaßnahmen steigt die Temperatur bis zum Ende des Jahrhunderts um etwa 3 C an!

• Weltweit deutlich stärkere Klimaschutzanstrengungen notwendig!

• Maßnahmen in Sektoren Energie, Gebäude, Industrie & Verkehr aber auch Landwirtschaft

  (-> Das hat direkter Einfluss auf Baubranche, d.h auf Gebäude und Tragkonstruktion)

• betriebsbedingte Energieverbrauch:

  • 78 %Heizung ,

  • 8 % Beleuchtung

  • 1 % Kühlung

• konstruktionsbedingten Energieverbrauch zu reduzieren

  • sollten bereits in der (Vor-)Planung die Material-und

    Konstruktionswahl hinterfragt werden.

  • Gebäudegröße und Modulariserung

->Weitere Instrumente der integralen Planung wie CO 2-Bilanz und Kreislaufwirtschaft können den Energieverbrauch verbessern.

• Graue Energie eines Produktes

  • umfasst den nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf für Herstellung, Transport, Lagerung und Entsorgung eines Produkts.

• Graue Energie eines Gebäudes

  • umfasst den nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf eines Gebäudes und der Baustoffe über die gesamte Lebensdauer.

• Graue Emissionen eines Gebäudes

  • umfasst die CO 2 Emissionen eines Gebäudes und der Baustoffe über die gesamte Lebensdauer

Das gesamte Abfallaufkommen in Deutschland beträgt 414 Mio. Tonnen.

Davon entfallen 55 % auf Bau und Abbruchabfälle

• Europas Klimaneutralität bis 2050

• Bis 2030 eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 50 % gegenüber dem Niveau von 1990

Maßnahmen in Bezug auf Gebäude:

• Übergang zu einer kreislauforientierten Wirtschaft

• Verringerung der Abhängigkeit Europas von Primärrohstoffen

• Förderung eines Binnenmarkts für Sekundärrohstoffe , d. h. maximale Wiederverwendung und Weiterverwertung

• Entkopplung des Wirtschaftswachstums von der Ressourcennutzung

• Verringerung von Abfällen

• Renovierungswelle bezüglich Gebäude

• Fokus von Energieeffizienz hin zu Materialeffizienz

• Verbesserung der Langlebigkeit und Anpassungsfähigkeit von Gebäuden

• Einführung digitaler Gebäudelogbücher

• Integration der Ökobilanz in die öffentliche Vergabe

• Ökonomische Ziele

  • Begünstigung der Finanzierung klima und umweltfreundlichen Wirtschaftens

  • Transparenz, Wettbewerbsgleichheit und Rechtssicherheit für alle in der EU tätigen Unternehmen

• Ökologische Ziele

  • CO 2 Minderung

  • Anpassung an den Klimawandel

  • Übergang zur Kreislaufwirtschaft

  • Vermeidung und Kontrolle der Umweltverschmutzung

  • Nachhaltige Nutzung und der Schutz von Wasser und Meeresressourcen

  • Schutz und Wiederherstellung der biologischen Vielfalt und der Ökosysteme

• Prinzip

  Um im Sinne der Taxonomie als nachhaltig eingestuft zu werden, muss eine wirtschaftliche Tätigkeit eines Unternehmens

  
  

  • zu einem der sechs ökologischen Ziele beitragen

  • die anderen ökologischen Ziele nicht nachteilig beeinflussen

  • soziale Mindeststandards einhalten

Ein übliches Tragwerk aus Stahlbeton spielt mit 58 % der gesamten grauen Emissionen eine besonders wichtige Rolle.

Aufgrund dieser Dominanz liegt hierin auch das größte Optimierungspotenzial, worauf im Folgenden auch eingegangen wird.

• Wiederverwendung

• Weiterverwendung

• Abbruch

• Umbau- und rückbaufreundliche Planung

• Recyclinggerechtes Konstruieren

• Längere planmäßige Nutzungsdauern

− Materialschäden

− zu kleine Raum oder Geschosshöhen

− zu starre Grundrisse

− zu große Defizite im Brand oder Schallschutz

• Gewichtsoptimierte Hohlkörperflachdecken

• Wärmedämmender Infraleichtbeton , d. h. Beton mit hohem Luftgehalt

• Carbonbeton mit hochfester Carbonbewehrung statt Betonstahl reduziert Betonverbrauch durch dünnere Bauteile

• Einsatz effizienter Holz oder Holz Beton Verbund Deckensysteme , d. h. (Teil --)Substitution von Beton durch Holz

ZIEL: Reduktion des Betonverbrauchs

• Verzicht auf Untergeschosse , da Außenwände aus Stahlbeton und für Erddruck und ggf. Grundwasser dimensioniert sind.

• Optimierte Dimensionierung weniger belastete Wände in oberen Obergeschossen , evtl. Mauerwerk oder Holz statt Stahlbeton

• Nichttragende Wände besser aus biobasierten Materialien , z. B. Holz, Lehm oder Hanfkalk statt Stahlbeton oder Mauerwerk

• adäquate Bodenerkundungsmaßnahmen erlauben exakte Bodenkennwerte für die optimierte Dimensionierung der Gründung

• ggf. Variantenvergleich von verschiedenen Gründungskonzepten , ggf. in Rücksprache mit Firmen

• Das wachsende Holz bindet Kohlenstoff , die sog. C Sequestrierung . Ein Baum besteht aus ca. 50 %

• Bei der Verwendung als Baumaterial ist Holz ein (temporärer biogener) Kohlenstoffspeicher .

• Junge Bäume können erst nach Jahren größere Mengen an Kohlenstoff wie alte Bäume speichern.

• Natürlich gewachsene Wälder speichern deutlich mehr Kohlenstoff als monokulturelle Wälder.

• Am Ende des stofflichen Lebenszyklus, d. h. bei Verbrennung zur energetischen Verwertung oder Zersetzung emittiert der

  gespeicherte Kohlenstoff in die Atmosphäre, sodass die CO 2 Bilanz über den gesamten biologischen Lebenszyklus null ist.

• nachhaltige Fortwirtschaft

• geringen Transportdistanzen

• Co2 Sequestierung (CO2 aus der Luft nehmen und speichern)

• Wiederverwenung und Weiterverwendung

• weltweit meistverbrauchter Baustoff wegen Dauerhaftigkeit, Formbarkeit, Tragfähigkeit

• prozessbedingte CO 2 Emissionen bei Zementherstellung als Hauptursache für schlechte CO 2 Bilanz von Beton

• Gesteinskörnungen haben mit 10 % einen geringen Einfluss auf CO 2 Emissionen, sodass der mögliche Beitrag von rezyklierten Gesteinskörnungen eher von untergeordneter Bedeutung ist.

Eine CO 2-freie oder CO CO2-arme Zementherstellung ist ein wichtiger Beitrag zum Erreichen der Klimaneutralität zumal der globale Zementbedarf weiter steigen wird!

• optimierung der Anlagentechnik

• Einsatz regenerativer Energien

• Einsatz von Sekundärbrennstoffen

• Minimierung von (Schwer --)Transportwegen zwischen Herstellungs --, Verarbeitungs --, Einbau und Abbruchorten

• Verringerung der Zementnachfrage durch Bauteiloptimieurng und Materialopitmierung

• Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft mit RC Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung

-(Teil --)Substitution der herkömmlichen Gesteinskörnungen (z. B. Kiese, gebrochener Splitt, als Primärrohstoffe durch rezyklierte Gesteinskörnungen (z. B. aufbereiteter Bauschutt mit primär Beton aber auch Mauersteine, sodass Beton oder Mischgranulat entsteht) als Sekundärrohstoffe, sodass ein Recyclingbeton (RC Beton) oder auch ressourcenschonender Beton (R Beton) entsteht.

• Wahl eines klinkerreduzierten Zements aber höherer Festigkeit

• Reduzierung des Zementgehalts mit Einsatz von Betonzusatzstoffen

• Der Stahl hat den großen Vorteil, dass er sich ohne Qualitätsverlust unendlich oft recyceln lässt.

• Der Betonstahl kann aus bis zu 100 % Sekundärstahl , d. h aus Schrott durch Einschmelzen im Elektroofen hergestellt

• Da bei der Herstellung von Stahl unabhängig davon ob Bewehrungsstahl oder Baustahl zukünftig perspektivisch einerseits die energie und prozessbedingten CO 2 Emissionen durch Weiterentwicklungen vermieden oder deutlich reduziert werden können und andererseits die Sekundärstahlroute zu einem vollständig geschlossenen Kreislauf führen wird, so ist festzustellen, dass Stahl ein Material mit Zukunft ist.

• Eine hohe Materialfestigkeit erlaubt große Lasten mit wenig Material zu tragen oder Bauteile lokal zu verstärken.

• Eine hohe Materialsteifigkeit erlaubt große Spannweiten, die zu einer höheren Entwurfs Entwurfs-und Nutzungsflexibilität führt.

• Mit Erreichen der Festigkeit zeigt sich eine hohe Duktilität , d. h. der Bruch wird mit großen Verformungen

• traditionell über die Hochofenroute mit der Erzeugung von Primärstahl.

• zusehends auch über die schrottbasierte Elektroofenroute mit der Erzeugung von Sekundärstahl oder Recyclingstahl

Im Hochofen entsteht CO 2prozessbedingt bei der Gewinnung von

Roheisen aus Eisenerz. Anschließend wird das Roheisen in einem

Konverter mit Schrott geschmolzen und zu Rohstahl weiterverarbeitet weiterverarbeitet.

Deutlich klimafreundlicher als die Herstellung von Primärstahl ist die

Erzeugung von rein recyceltem Stahl im Elektroofen . In diesem

Elektrolichtbogenofen ( ElectricElectricArc Furnace EAF) wird (weltweit

begrenzt verfügbarer) Stahlschrott eingeschmolzen und zu Rohstahl

weiterverarbeitet. Auf dieser Elektroofenroute entstehen mit grünem

Strom etwa 65 % weniger Treibhausgas Treibhausgas-Emissionen pro Tonne Stahl.

In der konventionellen Stahlproduktion können die CO 2 Emissionen erheblich aber nicht vollständig reduziert werden.

Für eine vollständige Dekarbonisierung ist ein Technologiewechsel sprich eine Transformation notwendig, sodass die

Herstellung von grünem Stahl durch eine klimaneutrale Stahlproduktion ermöglicht wird.

Herausfordernd sind in der Stahlindustrie

die langen Investitionszyklen und hohen Investitionskosten der Produktionsanlagen.

• von Baustahl 74% Sekundärstahl d.h Stahlschrott

• Nach dem Rückbau verbleibt in Deutschland der Baustahl quasi vollstädig im industriellen Kreislauf

  • 88% Recyclig

  • 11% Wiederverwensung

  • 1% Deponie

-> Stahl ist mit 85 % das am meisten recycelte Material der Welt

Beim Recycling von Stahl erfolgt in der Regel kein Downcycling , da die Materialqualität erhalten. Ein Upcycling ist möglich.

Downcycling = Recycling in Profukt niedrigerer Qualität

Upcycling = Recycling in Produkte höherer Qualität

• Der Stahlschrott ist eine permanente Rohstoffquelle

• Ein Großteil des jemals produzierten Stahls, d. h. 70 % sind noch in Gebrauch sprich in Produkten gebunden

• Aktuell wird (aus mangelnder Verfügbarkeit) rund 37 % des globalen Stahls aus Schrott hergestellt.

• Perspektivisch, d. h. bis 2100 wird mehr Schrott verfügbar sein, sodas die Stahlproduktion dann in einem vollständig geschlossen Kreislauf mit Elektrolichtbogenöfen (EAF) arbeiten

• Einsatz regenerativer Energien

• maximaler Einsatz von Sekundärstahl

• Entwicklung von grünem Stahl alternativ zum Hochofen (Kohle basiert) zur Vermeidung prozessbedingter CO 2 Emissionen

  • Transfoprmationsstufe 1: Erdgas-basierte Direktreduktion im Elektrostahlwerk

  • Transformation 2: Wasserstoff-basierte Dirketreduktion im Eelktrostahlwerk

− Reduktion des Materialbedarfs durch Effizienz bei Planung und Bemessung

− Ausbau der Kreislaufwirtschaft z. B. durch maximalen Schrotteinsatz in Sekundärstahlroute

− Reduktion und Vermeidung der energiebedingten CO 2-Emissionen durch erneuerbare Energien insbesondere grünen Strom

− Verminderung der prozessbedingten CO CO2-Emissionen durch klimafreundlichere Technologie zur Herstellung von Primärstahl

− Flankierende Optimierungsmaßnahmen wie bei Transport, Fertigung und Errichtung von Stahlbauten

Perspektive für den Stahlbausektor

− Bei der Kreislaufwirtschaft besitzt Stahl das größte Potenzial aller Baumaterialien!

− Die bei der Stahlherstellung aktuell vorhandenen energie energie-und prozessbedingten CO CO2-Emission sind perspektivisch gelöst!

• PV Anlagen zur Stromerzeugung

• Stromsparende Neuprodukte

• E Mobilität

• LED Beleuchtung

• Regenerative Heiztechnik

• Optimierung der Wärmedämmung

• Tragwerksoptimierungen und variantenvergleiche

• Dokumentation der geplanten Gebäudematerialien und massen

• Bauteilkataloge oder digitale Gebäudemodelle (BIM, d. h. mit Volumina, Bewehrungsmengen

• Ökobilanz oder CO 2 Bilanz von Tragwerkskomponenten und varianten  Relativvergleiche oder Benchmarksystem ? Nachweis bei

• Ausschreibung mit max. CO 2 Potenzial je Materialeinheit und max. Transportdistanz

• Digitaler Gebäuderessourcenpass

• direkter vertikaler Kraftfluss

• Geradlinige vertikale Lastabtragung

• Kleinere Spannweiten sind materialsparender

• Materialgerechtes konstruieren

• Vorauswahl geeigneter Entwurfsvarianten

• Statische Vorbemessung der Entwurfsvarianten (=

• Massenermittlung

• Ermittlung der Herstellkosten

• Ermittlung der CO 2 Emissionen

• Auswertung

• Baustellenoranisation

• Ressourcenschutz

• Gesundheit & Soziales

• Kommunikation mit lokaler Öffentlichkeit

• Qualität der Bauausführung

• tragende Funktion

• Bauphysikalische Funktion

• Reduzierung des Materialverbruachs/ Ressourcenschonung

• Abfallvermeidung

  • Langlebigkeit

  • Wiederverwendung unnützen

• Nachhaltiges Abfallmanagement

  • Abbruch und Rückbau

  • Aushub

• keine Serienfertigung , d. h. individuelle Planung und Fertigung

• sehr heterogene und komplizierte Bauherrenstrukturen

• spätere Nutzer in Planungsphase oft unbeteiligt

• lange Lebensdauer von Bauwerken

• flexible Baustruktur mit nutzungsneutraler Konstruktion

• lösbare Verbindungstechniken für spätere Demontage und zerstörungsfreie Zerlegbarkeit

• Materialvielfalt

• digitaler Gebäuderessourcenpass

• Wertsteigerung

• Wichtiges Element der kreislaufwirtschaft

• Reduktion Verbrauch von primärrohdtoffen

• planmäßig bewirtschaftung der Sekundärrohstoffe

• Betrachtung langlebiger Güter

= Bauwerke der Stadt als riesige Rohstoffmine und anthropogenes Materiallager/ speicher