Kreislaufwirtschaft: Acht Maßnahmen zur Reduzierung von 60% CO2 im Bauwesen

Ramboll hat vor kurzem einen von der Europäischen Umweltagentur in Auftrag gegebenen Bericht veröffentlicht, in dem die Beziehung zwischen der Kreislaufwirtschaft und der Eindämmung des Klimawandels analysiert wird. Der Bericht umreißt auch eine Methode zur Quantifizierung der Vorteile von Dekarbonisierung von Maßnahmen der Kreislaufwirtschaft.

Dieser Ansatz wurde für den Bausektor getestet und ergab, dass durch die Kombination von acht ausgewählten Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen bis zu 60% der mit Baumaterialien verbundenen CO2-Emissionen in der EU im Vergleich zu einem Basisszenario vermieden werden könnten, was eine absolute Reduzierung von 130 Millionen Tonnen CO2 bis 2050 bedeutet. Hier stellen wir nun die wichtigsten Ergebnisse vor und zeigen acht Maßnahmen auf, die sowohl für politische Entscheidungsträger:innen als auch für Führungskräfte von Unternehmen wichtig sind, die einen nachhaltigen Wandel in der Branche herbeizuführen beabsichtigen.

Schätzungen zufolge ist die Materialwirtschaft für 67% der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich¹. Der Verbrauch materieller Ressourcen in unserer Gesellschaft nimmt weiter zu, was wiederum die Treibhausgasemissionen erhöht, die mit der Gewinnung, Verarbeitung, Montage, Beseitigung und Entsorgung von Produkten und deren Materialien verbunden sind. Eine Lösung zur Verringerung der materialbedingten Emissionen besteht darin, vorhandene Materialien vor ihrer Entsorgung so lange wie möglich in Gebrauch zu halten und so die Menge der in die Wirtschaft ein- und ausfließenden Materialien zu verringern.

Aufgrund der wachsenden Besorgnis über die Klimakrise hat die Europäischen Union die Umstellung auf die Kreislaufwirtschaft weiter oben auf die Tagesordnung gesetzt als je zuvor. Im Dezember 2019 veröffentlichte die Europäische Kommission den Green Deal, ein Mitteilungspapier, das den Ansatz der EU zur Erreichung der Klimaneutralität bis 2050 und den Übergang zur Kreislaufwirtschaft durch die Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Ressourcenverbrauch darlegt.

In der Studie schlagen wir einen schrittweisen Ansatz zur Berechnung der potenziell vermeidbaren CO2-Emissionen durch Maßnahmen der Kreislaufwirtschaft im Vergleich zu einer konventionellen (nicht-kreislaufwirtschaftlichen) Situation vor.

Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen sind definiert als solche, die entweder:

• zur Reduzierung des Materialverbrauchs beitragen (Materialeffizienzmaßnahmen);
• Materialien mit hohen Auswirkungen durch andere mit geringeren Auswirkungen ersetzen;
• Produkte oder Materialien in den Kreislauf zurückführen und daher traditionell als „zirkulär“ gelten (Wiederverwendung/Wiederverwertung).

Die Methodik ist auf alle Branchen anwendbar und wird für den Bausektor auf der Grundlage einer Sammlung verfügbarer Daten getestet. Die Studie liefert mit dieser Methode zwar vorläufige Ergebnisse, aber mehr Daten über die Auswirkungen von Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen auf den gesamten Lebenszyklus von Gebäuden und auf künftige Markttrends im Bauwesen würden eine genauere Analyse ermöglichen.

In der Baubranche liegt der Schwerpunkt unserer Betrachtungen auf dem Einsatz von Stahl, Zement und deren Produkt Beton, da diese Materialien von allen Baumaterialien die meisten Treibhausgasemissionen verursachen.

Der CO2-Fußabdruck der Zementherstellung macht 8% der weltweiten CO2-Emissionen aus². Dabei wird CO2 sowohl durch den Einsatz von Energie zur Herstellung selbst als auch durch den Kalzinierungsprozess von Kalkstein erzeugt, bei dem durch die Erhitzung zur Erzeugung von Kalziumkarbonat CO2 freigesetzt wird. Die Kalzinierung ist notwendig, um den Klinker zu erzeugen, der als Bindemittel im Zement dient.

Der CO2-Fußabdruck der Stahlproduktion macht etwa 7% der weltweiten CO2-Emissionen aus³. Die weltweite Rohstahlproduktion wird bis 2050 voraussichtlich um 30% steigen, wobei die Produktion von recyceltem Sekundärstahl schneller wächst als die Primärproduktion⁴. Treibhausgase aus der Stahlproduktion werden sowohl durch die für die Verarbeitung und Herstellung des Stahls verwendete Energie als auch durch chemische Prozesse emittiert.

Aufgrund der Bedeutung von Stahl und Beton für den Ausstoß von Treibhausgasen steht die Bauindustrie unter starkem Druck, kreislauffähige und effiziente Verwendungsmöglichkeiten für diese Materialien zu finden und praktikable und nachhaltigere Alternativen zu nutzen. Acht nach ihrem Wirkungspotenzial ausgewählte Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen tragen zu diesen Überlegungen bei.

1. Reduzierung der verwendeten Stahl- und Betonmengen auf das unbedingt notwendige Maß

Diese erste Maßnahme würde die Emissionen von Neubauten durch eine schlankere Bauweise verringern. Zurzeit werden Bauten oft mit mehr Material als nötig erstellt. Dies wird als „Überspezifizierung“ bezeichnet und ist zum Teil auf die Absicht zurückzuführen, eine höhere Widerstandsfähigkeit und Stabilität der Gebäudestrukturen zu gewährleisten, zum Teil aber auch auf das Bedürfnis, die für eine materialeffizientere Bauweise erforderlichen höheren Arbeitskosten zu senken.

Studien aus dem Vereinigten Königreich haben gezeigt, dass die Bauten in Großbritannien mit 20 bis 46% weniger Stahl konstruiert werden könnten, ohne ihre strukturelle Stabilität und Widerstandsfähigkeit zu gefährden⁵. Bei Ramboll haben Bauexpert:innen geschätzt, dass der Beton bei aktuellen Gebäudeentwürfen oft bis zu 10% reduziert werden könnte.

Um diese Veränderungen in der Baupraxis zu unterstützen, müssen sich die Baustandards ändern und schlankere Konstruktionen ermöglichen. Auch technische Lösungen wie computergestütztes Design können zu schlankeren und widerstandsfähigeren Strukturen führen, die nur die notwendigen Materialmengen verwenden.

2. Wiederverwendung demontierter Stahl- und Betonteile aus Abriss für Neubauten

Diese Maßnahme würde den Bedarf an neuen Produkten verringern. Die Menge wiederverwendeter Stahl-, und mehr noch der Betonteile, ist zurzeit noch sehr gering, insbesondere im Vergleich zur Menge der neuen oder recycelten Produkte. Aus Klimasicht kann die Wiederverwendung vorteilhafter sein, da sie keine so energieintensiven Recyclingprozesse wie das erneute Einschmelzen des Stahls oder das Schreddern des Beton erfordert. Die Wiederverwendung von Gebäudekomponenten kann vereinfacht werden, wenn die Komponenten standardisiert und so konstruiert sind, dass sie leicht demontiert werden können, worum es in der folgenden Maßnahme geht.

3. Gebäude so konzipieren, dass ihre Komponenten demontiert und wiederverwendet werden können, anstatt sie zu zerstören

Diese dritte Maßnahme birgt ein beeindruckendes Potenzial für die Kreislaufwirtschaft auf der Ebene einzelner Gebäude: Bis zu 90% der Materialien eines Gebäudes, das zerlegbar ausgelegt wurde, können tatsächlich wiederverwendet werden. Daher brauchen wir eine neue Generation von Gebäuden, die sich leicht demontieren lassen, z. B. durch Verschrauben statt Verkleben ihrer Teile. Ihre Komponenten müssen dazu standardisiert sein, damit sie leicht in anderen Gebäuden wiederverwendet werden können.

Ein demontierbares Gebäudedesign wird zu einer Zukunft beitragen, in der Gebäude als Materialquellen genutzt werden können, was ein „urbanes Mining“ oder die Gewinnung von Baumaterialien aus den Städten ermöglicht. Der Erfolg dieses Ansatzes hängt davon ab, ob wir es schaffen, Informationsdatenbanken über die Zusammensetzung aktueller Gebäude aufzubauen und Materialbanken einzurichten, die die Gewinnung von für Neubauten notwendigen Materialien erleichtern.

4. Der Einsatz von Holz als Baumaterial anstelle von Beton und Stahl

Das Bauen mit Holz könnte die Emissionen erheblich reduzieren, da Bäume während ihrer Lebenszeit CO2 absorbieren und somit Kohlenstoffspeicher sind. Bei guter Pflege kann eine Holzkonstruktion so lange CO2 speichern, wie das Material intakt ist, und möglicherweise selbst über die Lebensdauer des ursprünglichen Gebäudes hinaus wiederverwendet werden. Der Holzbau erfordert jedoch die Verwendung von Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft, um die Abholzung von Wäldern zu vermeiden, und das Holz sollte aus lokalen Wäldern stammen, um die transportbedingten Emissionen zu verringern, die andernfalls die Vorteile des Materials selbst aufzehren könnten.

Wenn alle neuen Wohngebäude in der EU auf Holzbasis gebaut würden, könnten nach Schätzungen von Ramboll und der Fraunhofer-Gesellschaft 12% der CO2-Emissionen des Gebäudesektors im Vergleich zur derzeitigen Situation vermieden werden.

5. Verwendung klimafreundlicherer Zementsorten als Ersatz für herkömmlichen Zement

Dadurch könnten die Emissionen ebenfalls erheblich reduziert werden. Einige moderne Zementsorten stoßen aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung bei der Verarbeitung deutlich weniger CO2 aus. Andere können zur Herstellung von Fertigbeton verwendet werden, der bei viel niedrigeren Temperaturen erstarrt als herkömmliche Sorten. Nicht zuletzt können die Emissionen des Zements durch den Zuschlag von Nebenprodukten aus anderen industriellen Herstellungsprozessen in die Mischungen reduziert werden.

Gemeinsam könnten diese Maßnahmen die Emissionen des Bausektors um 30% im Vergleich zur aktuellen Situation reduzieren. Diese neuen Zementsorten sind derzeit jedoch wegen noch mangelnder Nachfrage und fehlender preispolitischer Anreize weniger wettbewerbsfähig als herkömmliche Arten.

6. Optimierung der Raumnutzung bestehender Gebäude, um den Bedarf an Neubauten zu verringern

Diese Maßnahme könnte die Emissionen diverser Gebäudetypen reduzieren, indem die Gebäudenutzung optimiert und der verfügbare Raum effizienter genutzt wird. Auf diese Weise würden weniger aber kompaktere Gebäude ausreichen, um den Neuraumbedarf und die darin verbauten Materialien zu reduzieren. In Deutschland zum Beispiel schätzt eine Studie, dass die Wohnfläche pro Einwohner um 11% reduziert werden könnte⁶. Bei Bürogebäuden kann die Lösung auch in der Reduzierung der Fläche pro Mitarbeitenden liegen. Die Bürofläche in der EU könnte um 36% reduziert werden, wenn die EU-Mindeststandards für die Bürofläche pro Mitarbeitenden angewendet werden.

Da es jedoch nicht wünschenswert wäre, die Bürofläche über das für Arbeitskomfort und -sicherheit benötigte Maß hinaus zu reduzieren, kann eine solche Verkleinerung durch weitere Maßnahmen gestützt werden. Dazu zählen etwa die gemeinsame Nutzung von Arbeitsplätzen in Kombination mit einer größeren Flexibilität der Arbeitnehmenden bei der Erledigung ihrer Aufgaben außerhalb des Büros (Homeoffice) oder zu anderen Zeiten, die eine intensivere Nutzung der Räumlichkeiten ermöglichen.

7. Recycling des Zements aus Abrissabfällen durch effiziente Recyclingverfahren

Das Recycling von Zement kann den Bedarf an neuem Zement verringern, indem Betonabfälle zerkleinert und der Zement zur Wiederverwendung herausgefiltert wird. Es gibt mittlerweile neue und effiziente Recyclingtechnologien, die in größerem Umfang in den Bauprozess direkt auf der Baustelle integriert werden könnten, wodurch sich zudem der Transportbedarf verringern würde.

Allerdings würde die Wiederverwendung von Beton dort, wo sie machbar ist, aufgrund der vermiedenen Rohzementproduktion immer noch weniger CO2-Emissionen verursachen als das Recycling.

8. Grundsanierung bestehender Gebäude anstelle von Abriss und Neubau

Diese achte Maßnahme auf unserer Liste verbessern nicht nur die Energieeffizienz von Gebäuden, sondern verlängern auch ihre Gesamtlebensdauer und reduzieren damit den Bedarf an Neubauten und die damit verbundenen Emissionen. Die derzeitige Renovierungsrate in der EU liegt bei 1% pro Jahr⁷. Da das Renovierungstempo zunimmt, um die Ziele der Energieeffizienzpolitik zu erreichen, könnte dieser Wert noch um ein Vielfaches steigen.

Auch wenn die materialbedingten Emissionen geringer sind als bei einem Neubau, ist zu beachten, dass auch Gebäudesanierungen materielle Auswirkungen haben und die Energieeffizienzgewinne dadurch möglicherweise nicht so groß sind wie bei einem intelligenten Neubau. Die Renovierung von Gebäuden ist daher eine Gelegenheit, Emissionseinsparungen durch die Kombination der oben erwähnten Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen zu erzielen. Zum Beispiel durch Raumoptimierung zur Verringerung der CO2-Belastung pro Gebäudenutzer sowie durch materialeffiziente Konstruktionen, durch die Wiederverwendung von Gebäudekomponenten und recycelten Materialien, wo dies möglich ist, oder durch die Verwendung von CO2-armen (z. B. biobasierten) Materialien. Eine Renovierung sollte außerdem gegen die potenziellen Emissionseinsparungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg abgewogen werden, die durch hochgradig material- und energieeffiziente Neubaukonzepte möglich werden.

In Kombination bieten diese acht Maßnahmen ein enormes Potenzial zur Reduzierung der Emissionen von Baumaterialien um schätzungsweise 60% bis 2050 im Vergleich zu einem Basisszenario.

In Kombination bieten diese acht Maßnahmen ein enormes Potenzial zur Reduzierung der Emissionen von Baumaterialien um schätzungsweise 60% bis 2050 im Vergleich zu einem Basisszenario.

Die Ergebnisse dieser Studie sollten als ein bahnbrechender Versuch interpretiert werden, die Komplexität der Materialflüsse im Bauwesen zu modellieren und das Dekarbonisierungspotenzial der Kreislaufwirtschaft abzuschätzen. Die Ergebnisse wurden auf der Grundlage zentraler Grundannahmen, jedoch begrenzter Daten erzielt, was bedeutet, dass unterschiedliche Annahmen zu verschiedenen Ergebnissen führen können. Einige der hier analysierten Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen bieten wichtige Synergien, die ihre Vorteile noch verstärken können, wie z. B. das Demontagedesign und die Wiederverwendung von demontierten Gebäudekomponenten.

Außerdem wirkt sich die Reihenfolge, in der diese Maßnahmen durchgeführt werden, auf ihre Wirksamkeit aus: Wenn zum Beispiel alle Gebäude vor der Durchführung einer Wiederverwendungsmaßnahme demontierbar ausgelegt wurden, ist das Wiederverwendungspotenzial ihrer Komponenten wesentlich höher.

Darüber hinaus kann die Kreislaufwirtschaft zwar die Nachfrage nach Rohstoffen reduzieren, indem sie die bereits vorhandenen Materialien besser nutzt, aber sie könnte auch zu einem Rückschlag für die Kreislaufwirtschaft führen, wenn sich die Geschäftsmodelle der Kreislaufwirtschaft als kosteneffizienter erweisen als neue Materialien und zu einer erhöhten Produktion führen, wodurch die Klimavorteile der Kreislaufwirtschaft zunichte gemacht würden. Dieser mögliche Rückschlag für die Kreislaufwirtschaft im Bauwesen wird derzeit noch kaum bedacht.

Der Bericht zeigt jedoch, dass es möglich ist, mithilfe bestehender Lebenszyklusanalysen, modernster Materialflussmodelle der Fraunhofer-Gesellschaft und multiregionaler Input-Output-Modelle (MRIO) überzeugende zukunftsorientierte Bewertungen zu erstellen. Diese Berechnungen können dazu beitragen, den Beitrag der Kreislaufwirtschaft zum Klimaschutz zu begründen, insbesondere wenn sie mit der Entwicklung detaillierter politischer Szenarien und Folgenabschätzungen kombiniert werden.

Die hier analysierten Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen erfordern einen tiefgreifenden gesellschaftlichen Wandel in Europa bis zum Jahr 2050, bei dem sich die Bautechniken in Richtung eines Höchstmaßes an Materialeffizienz entwickeln und die Bauplanung vom Lebenszyklusgedanken geleitet wird, unterstützt durch digitale.

Werkzeuge sowie politische Regeln und Anreize⁸. Dazu bedarf es einer neuen Wirtschaft, die den Erhalt vorhandener Materialien belohnt, anstatt sie zu entsorgen und durch neue Rohstoffe zu ersetzen.

Die Durchführbarkeit dieser Maßnahmen wurde in einzelnen Projekten nachgewiesen, die in den für diesen Bericht ausgewerteten Studien detailliert beschrieben sind. Daher liegt es nun an allen Interessengruppen des Bauwesens, insbesondere den politischen Verantwortlichen, den Wandel in der Bauwelt hin zu kreislauforientierten und klimafreundlichen Praktiken zu lenken.

Die von Ramboll und Partnern entwickelte Methodik kann zur Unterstützung von Regierungen und Expert:innen bei der Bewertung der Vorteile einer neuen Kreislaufwirtschaft für den Klimaschutz in sämtlichen Wirtschaftszweigen eingesetzt werden. Die Autor:innen möchten die Europäische Umweltagentur und die Europäische Kommission ermutigen, diesen Ansatz auch auf andere Sektoren anzuwenden, um das Klimaschutzpotenzial der Kreislaufwirtschaft besser zu verstehen.

Um die Klimaauswirkungen der ausgewählten Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen berechnen zu können, erfordert dieser Ansatz die Erstellung oder Sammlung von Lebenszyklusanalysedaten, die die Auswirkungen der Nutzung von Kreislaufwirtschaftsmaßnahmen mit den Auswirkungen von konventionellen Produkten und Prozessen vergleichen. Da sich die Lebenszyklusanalysen auf einzelne Produkte oder Prozesse (Mikroebene) konzentrieren, müssen deren Daten dann als Input für eine Materialflussanalyse auf Makroebene verwendet und mit einem realistischen Verständnis der Marktdynamik kombiniert werden, damit die Ergebnisse auf EU- und Sektorebene skaliert werden können.

Diese Studie wurde von Nachhaltigkeitsexpert:innen von Ramboll Management Consulting geleitet. Die technische Analyse der vorhandenen Daten zur Lebenszyklusanalyse wurde von Ramboll Buildings bereitgestellt. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung entwickelte den Ansatz der Materialflussmodellierung und berechnete die Gesamtauswirkungen der Maßnahmen zur Kreislaufwirtschaft auf EU-Ebene. Die Studie wurde von Kreislaufwirtschaftsexpert:innen des Ecologic Instituts gründlich geprüft und ergänzt.

1. Circular Economy. (2017). POLICY LEVERS FOR A LOW-CARBON CIRCULAR ECONOMY. S. 11.
2. Olivier, J. G. J. und PBL Netherlands Environmental Assessment Agency (2013) Trends in global CO2yyy-* emissions 2013 report. PBL Netherlands Environmental Assessment Agency.
3. Stockholm Environment Institute (2018) Low-emission steel production: decarbonising heavy industry.
4. World Steel Association. (2019). WORLD STEEL IN FIGURES 2019.
5. Moynihan, M. C. und Allwood, J. M. (2014) ‘Utilization of structural steel in buildings.’, Proceedings. Mathematical, physical, and engineering sciences. The Royal Society, 470(2168), S. 20140170. doi: 10.1098/rspa.2014.0170. Dunant, C. F. et al. (2018) ‘Regularity and optimisation practice in steel structural frames in real design cases’, Resources, Conservation and Recycling. Elsevier, 134, S. 294–302. doi: 10.1016/J.RESCONREC.2018.01.009.
6. Günther, J., Lehmann, H., Nuss, P., Purr, K. (2019). Ressourceneffiziente Wege zur Treibhausgas-Neutralität - RETTUNG. Umweltbundesamt.
7. Laut einer Folgenabschätzung der Europäischen Kommission von 2016 für die Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden. Verfügbar unter: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/1_en_impact_assessment_part1_v3.pdf.
8. Lesen Sie den Bericht des World Green Building Council mit dem Titel Bringing Embodied Carbon Upfront, zu dem Ramboll beigetragen hat. Den zugehörigen Artikel finden Sie hier.