Der Gebäudepark der Schweiz als Holzlager und CO 2 -Senke

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1 Der Gebäudepark der Schweiz als Holzlager und CO 2 -Senke Peter Hofer, Ruedi Taverna, GEO Partner AG, Baumackerstrasse 24, CH-85 Zürich, Tel Klaus Richter, Frank Werner, EMPA Abteilung Holz, Überlandstrasse 129, CH-86 Dübendorf, Tel Zusammenfassung Eine stark gesteigerte Holznutzung im Bauwesen (Konstruktion und Ausbau) von heute rund 13 kg/e*a auf 39 kg/e*a könnte ab dem Jahr 23 infolge Senkenwirkung und Substitution anderer Baustoffe zu einer Reduktion der Schweizer CO 2 -Emissionen um gut 6% führen. Dabei überwiegen die Wirkungen der Substitution leicht die Senkenwirkung infolge Einlagern von Holz im Gebäudepark. Im Sinne einer langfristigen Wirkung der CO 2 -Reduktion ist der Substitution gegenüber der Senkenwirkung die grössere Priorität einzuräumen, da die Holzlager im Gebäudepark in (fernerer) Zukunft aufgefüllt sein werden. Selbst eine Steigerung des Holzverbrauches um über 5% von 47 kg/e*a auf 71 kg/e*a könnte vom Wald ohne Vorratsabbau verkraftet werden. Erst bei gleichzeitiger Steigerung des Papier- und Waldenergieholzverbrauchs um gut 2 resp. 1% auf 81 kg/e*a würde der natürliche Zuwachs überschritten und ein Vorratsabbau würde nötig. Résumé Une mise-en-oeuvre fortement augmentée de bois dans le bâtiment, aussi bien pour la construction que pour l'aménagement, de 13 kg/hab*a à 39 kg/hab*a, pourrait par l'effet de réservoir et la substitution de matériaux, causer une réduction des émissions de CO 2 d'au moins 6% à partir de l'an 23. La substitution de matériaux par du bois dépasse même légèrement la réduction suite à l'entreposage de bois dans le parc immobilier. Pour assurer une réduction à long terme du CO 2 la substitution des matéraux doit donc être poursuivie avec priorité par rapport à l'effet de réservoir, car les possibilités d'entreposage dans le parc immobilier arriveront une fois à leurs limites. Une augmentation de la consommation de bois de 5% de 47kg/hab*a à 71 kg/hab*a serait sans affecter les réserves de nos forêt. Seule une augmentation simultanée de la consommation de papier et de bois de feu de 2 resp. de 1% à 81 kg/hab*a dépasserait la croissance naturelle et obligerait de s'attaquer aux réserves de bois. 187

2 Ziele der Untersuchung, Abgrenzung Die Untersuchung verfolgt das Ziel, Grundlagen bereitzustellen, welche es dem Bundesrat erlauben, seinen aus dem Kyoto-Protokoll entstehenden Verpflichtungen mit wirksamen Massnahmen nachzukommen. Es sollen zu diesem Zweck die Bedeutung der Holzlager im Zivilisationskreislauf mengenmässig bestimmt und Gesetzmässigkeiten der Lagerbildung und veränderung erkannt werden. Neben der Senkenwirkung interessieren die Emissionseffekte aus der Substitution anderer Materialien durch Holz. Die Erkenntnisse sollen in ein dynamisches Modell umgesetzt und damit die Funktionsweise des Systems dargestellt werden. Die Untersuchung konzentriert sich auf die Holzverwendung und blendet den bereits gut untersuchten Wald bewusst aus. Das Modell bezieht sich auf die Schweiz. Der Gesamtverbrauch in der Schweiz wird mit der Produktion so verbunden, wie wenn sämtliche Holzprodukte in der Schweiz hergestellt und aus dem Schweizer Wald bezogen würden. Importe und Exporte werden in dieser Phase also nicht berücksichtigt. Methoden Methodisch gelangen Literaturrecherchen, das Studium relevanter Statistiken sowie die Bildung von Verbrauchsszenarien zur Schätzung der Lagergrössen und der Holzflüsse zur Anwendung. Das dynamische Modell wird auf der Basis der Software Simbox (Entwicklung EAWAG) erstellt. Es erlaubt die Abschätzung der Grösse heutiger Lager aufgrund unterschiedlicher Annahmen über die bisherige Verbrauchsentwicklung. Mit Hilfe von Ökobilanzen für einzelne Produkte werden die Emissionseffekte der Substitution errechnet. Schätzungen der Holzflüsse, Holzlager und Entwicklungen Eine Zusammenfassung der gut untersuchten Holzflüsse in der Schweiz zeigt die wichtigen Bereiche Bau (inkl. Innenausbau und Möbel), Papier und Karton sowie energetische Holznutzung auf. Abklärungen zu den Lagern ergeben, dass deren Grösse neben der Verbrauchsgrösse wesentlich von der Verweildauer im System abhängt. In diesem Sinne erweist sich der Bau als wichtigstes Holzlager. Die Lager für Papier scheinen nicht sehr bedeutend, hier schwanken die Schätzungen allerdings stark von 1 kg bis 1' kg TS/E. Wenige Zahlen existieren zur Energieerzeugung und zu weiteren Holzprodukten. Nicht untersucht scheint auch das Holzlager im Produktionsprozess. Angesichts der Datenlage kann die Modellbildung zur Klärung beitragen. Die Untersuchung verfolgt den Holzverbrauch in der Schweiz zurück bis zu Beginn des 2. Jahrhunderts. Damit sollte die Lagerbildung bei langlebigen Produkten besser modelliert werden können. Der Verbrauch an Brennholz war damals mit 1.5 Mio. t Trockensubstanz Holz etwa doppelt so hoch wie heute. Dagegen bewegte sich der Nutzholzverbrauch unter Einbezug der Importe mit.75 Mio. t TS etwa auf einem Viertel des heutigen Niveaus. Der spezifische Verbrauch pro Einwohner war beim Nutzholz etwa halb so gross wie heute. Vor allem der Papierverbrauch lag damals auf wesentlich tieferem Niveau. Die Abschätzung der künftigen Entwicklung des Holzverbrauchs im Bauwesen basiert auf Überlegungen zum Baukonjunkturverlauf (Basisdaten und Perspektiven zur Entwicklung des Gebäudeparks , Wüest & Partner, 1994) und dem Potential der Holzverwendung im Bauwesen (Studie über den Endverbrauch des Holzes in der Schweiz im Jahre 1996, Planconsult, 1998). Zu diesem Zweck wurden 1 Szenarien gebildet, wovon 5 ausgewählt wurden, die ein möglichst breites Spektrum des Holzverbrauchs abdecken (vgl. Abbildung 2). 188

3 kg/e*a feste Holzmasse Ausgewählte Szenarien zum zukünftigen Holzverbrauch in Bauten (Konstruktion, inkl. Tiefbau + Ausbau, inkl. Möbel + Unterhalt) , Gesamtpotential nach [1] Jahr Extrem- Maximal- Optimistisches Trend- Minimal- Abbildung 2: Ausgewählte Szenarien zum zukünftigen Holzverbrauch in Bauten. Gesamtpotential nach [1] [Eigene Berechnungen, 21] Die ausgewählten Szenarien lassen sich wie folgt beschreiben (vgl. Tabelle 1): Name Kurzbeschrieb Charakteristik Minimal- () Bauwirtschaft +/- Holzmarktanteil +/- Trend- (Sz 2) Optimistisches (Sz 3) Maximal- () Extrem- () Das Minimal- bildet die untere Begrenzung des Holzverbrauches in Bauten ab. Hier wird von einer stagnierenden Bauwirtschaft mit stagnierendem Holzmarktanteil ausgegangen Das Trend- nimmt die prognostizierte Entwicklung in der Bauwirtschaft und die trendgemässe Weiterführung der Steigerung des Holzmarktanteils auf Die optimistische Variante geht von einer moderat wachsenden Bauwirtschaft (Jährliches Wachstum 1%) mit trendgemäss steigendem Holzmarktanteil aus Das Maximal- geht von einer florierenden Bauwirtschaft (Jährliches Wachstum 2%) mit stark zunehmendem Holzmarktanteil aus Das Extrem- stellt die obere Begrenzung des Holzverbrauches in Bauten dar. Hier wird von einer florierenden Bauwirtschaft (Jährliches Wachstum 2%) mit 5% Holzanteil im Hochbau im Jahr 23 ausgegangen Tabelle 1: Szenarienbeschrieb Bauwirtschaft +/- Holzmarktanteil + Bauwirtschaft + Holzmarktanteil + Bauwirtschaft ++ Holzmarktanteil ++ Bauwirtschaft ++ Holzmarktanteil +++ Es zeigte sich, dass auch bei einem extrem gesteigerten Holzverbrauch im Bauwesen von heute 13 kg/e*a auf 39 kg/e*a der Zuwachs des Schweizer Waldes den gesamten Holzbedarf der Schweiz von heute 47kg/E*a im Jahr 23 mit 71 kg/e*a decken könnte. Erst bei gleichzeitiger Steigerung des Papier- und Waldenergieholzverbrauchs um gut 2 resp. 1% auf total 81 kg/e*a würde die Nutzung den Zuwachs übersteigen. Allerdings wäre durch eine Erhöhung des 189

4 Papierrecyclings und der Wiederverwendung von Holz im Bauwesen wahrscheinlich ein zum Zuwachs ausgeglichener Holzverbrauch erreichbar (vgl. Abbildung 3 resp. Abbildung 4). Holzverbrauch im Jahr 23 Gesamtpotential nach [1] (Verbrauch von Papier, Holzwaren und Waldenergieholz bleiben konstant wie im Jahr 2) Holzverbrauch im Jahr 23 Gesamtpotential nach [1] (Verbrauch von Papier und Waldenergieholz gesteigert, Holzwaren bleiben konstant wie im Jahr 2) 9 9 kg TS/E*a Zuwachs: Schaftholz in Rinde Zuwachs: Verwertbares Waldenergieholz Papierholz Restholz Holzwaren Ausbau Konstruktion kg TS/E*a Zuwachs: Schaftholz in Rinde Zuwachs: Verwertbares Holz Waldenergieholz Papierholz Restholz Holzwaren Ausbau Konstruktion Minimal- Trend- Optimistisches Maximal- Extrem- Minimal- Trend- Optimistisches Maximal- Extrem- Abbildung 3: Holzverbrauch im Jahr 23 und heutiger Zuwachs bei konstantem restlichen Holzverbrauch, Gesamtpotential nach [1] [Eigene Berechnungen, 21] Abbildung 4: Holzverbrauch im Jahr 23 und heutiger Zuwachs bei steigendem Papier und Waldenergieholzverbrauch, Gesamtpotential nach [1] [Eigene Berechnungen, 21] Modellierung Die Modellierung erfolgt in Anlehnung an das Modell Xyloikos von Müller (1999). Es werden Vereinfachungen vorgenommen, indem z.b. der Wald ausgeblendet wird. Das Modell besteht aus 8 Prozessen und 18 Flüssen. Davon sind 2 Inputflüsse in das System und 3 Outputflüsse aus dem System heraus. Die übrigen Flüsse verbinden die einzelnen Prozesse. Für jeden Prozesse ist eine mittlere Verweildauer für die Produkte festgelegt. Sie schwankt zwischen Jahren bei der Papierwirtschaft bis zu 8 Jahren bei den Gebäudekonstruktionen. Es werden insgesamt 1 Parameter definiert, 5 davon betreffen den Holzverbrauch in verschiedenen Verwendungsgebieten, 5 bezeichnen Verhältnisgrössen, wie Anteil Restholz oder Recyclingquoten. Alle übrigen Fluss- und die Lagermengen leiten sich aus diesen 1 Parametern ab. Modellierung und Parameterdefinition zielen darauf ab: 1. In einer ersten Rechnung den heutigen Zustand aus der Vergangenheit heraus abzubilden 2. In einer zweiten Rechnung die Systemreaktion auf eine Verbrauchsänderung zu untersuchen Abgas Neukonstruktionsholz Gebäudekonstruktion Altkonstruktionsholz Waldnutzholz Holzwirtschaft Neuausbauholz Neuholzprodukte Altausbauholz Holzprodukte Altholzprodukte Gebäudeausbau Altholzwirtschaft Abfallholz Papierholz Papierwirtschaft Papier Papierkonsum Abfallpapier Waldenergieholz Restholz Lignin Recyclingpapier Brennaltpapier Brennaltholz Energieerzeugung aus Schweizer Holz Abbildung 5: System der Holzwirtschaft 19

5 Resultate der Modellrechnungen Lagerentwicklung Aufgrund der festgestellten und abgebildeten Verbrauchssteigerung zwischen dem Jahr 19 und 2 vor allem auch bei den langlebigen Holzprodukten befindet sich das System im Jahr 2 noch nicht im Gleichgewicht. Dieses stellt sich bei gleichbleibendem Verbrauch ab 2 erst im Jahre 21 ein (Verweildauer Konstruktionsholz: 8 Jahre +/- 2 Jahre Unsicherheit). Zu diesem Zeitpunkt sind alle Lager gesättigt, die Summe der Inputströme entspricht derjenigen der Outputströme. Die aktuellen Lagergrössen liegen bei 125 Mio. m 3 feste Holzmasse entsprechend 114 Mio. t CO 2. Bis zum Gleichgewichtszustand des Systems auf der Basis der heutigen Verbrauchsmengen erhöhen sich die Lagerbestände um fast 2% auf 148 Mio. m 3 f Holzmasse entsprechend 136 Mio. t CO 2. Die Holzlager in Gebäuden (Konstruktion und Ausbau) machen zusammen über 7% der gesamten Holzlager aus, die Lager im Papierkonsum, der Energieerzeugung und in der Holzwirtschaft liegen je bei 7%, die Holzproduktelager bei 5%, die Altholzwirtschaft bei 2%. Je nach gewähltem verändern sich die Holzlager bis ins Jahr 213 (die Szenarien gehen von einer Holzverbrauchsänderung während 3 Jahren aus) gegenüber dem Jahr 2 um 3% bis +16% auf 12 Mio. t CO 2 bis 296 Mio. t CO 2. Das ergibt auf ein Jahr umgerechnet eine Reduktion zwischen.2 bis +1.4 Mio. t CO 2 -Äquivalent. Die Lager-Entwicklung in den relevanten Prozessen sind in der Abbildung 6 dargestellt X3 Lager Gebäudekonstruktion Box 3 Sz 3 Sz 2 B O X C:\SIMBOX\DATEN\..SZ_AL_MK.DYN X4 Lager Gebäudeausbau Box 4 Sz 3 Sz 2 B O X C:\SIMBOX\DATEN\..SZ_AL_MK.DYN X2 Lager Energieerzeugung Box 2 SZ Sz 23 C:\SIMBOX\DATEN\..SZ_AL_MK.DYN B O X X8 Lager Altholzwirtschaft Box 8 Sz 3 SZ 2 C:\SIMBOX\DATEN\..SZ_AL_MK.DYN B O X Abbildung 6: Entwicklung der Lager in ausgewählten Prozessen [eigene Berechnungen, 21] Legende: : Minimal- Sz 2: Trend- Sz 3: Optimistisches : : : Maximal- Extrem- Grundvariante (Status Quo) 191

6 Wirkung der Substitution Die Wirkung der Substitution wurde konjunkturbereinigt betrachtet, d.h. eine Senkung oder Steigerung des Holzverbrauchs infolge einer Änderung der angenommenen Baukonjunkturlage wurde nicht berücksichtigt. Die Substitution führt je nach betrachtetem zu einer Reduktion der CO 2 -Emissionen im Jahr 23 von bis 2.2 Mio. t CO 2 -Äquivalent. Davon entfallen knapp 2% auf das anfallende Restholz, welches gemäss Modell energetisch genutzt wird und so fossile Brennstoffe ersetzt. Als besonders lohnenswertes Substitutionsprodukt entpuppten sich die Geschossdecken, welche bis über 5% des Substitutionseffektes bewirken (vgl. Tabelle 2). Holzkonstruktion Minimal- Trend- Optimist. Maximal- Extrem- Bauelemente Konstruktion (Aussen-) Wände Stützen Geschossdecken Dämmung Dächer Tiefbau Unterhalt* Total Konstruktion Ausbau Wand- und Deckenverkl Treppen Bodenbeläge Fassaden Ausstattung Unterhalt* Möbel Total Ausbau Restholz** Gesamt-Total Tabelle 2: Emissionseffekte der Substitution im Jahr 23. Mit Korrekturfaktor in Mio. t CO 2 -Äquivalent [Eigene Berechnungen, 22)] * Der Unterhalt wird in der Substitution nicht mitgezogen, weil er bei der Bestimmung der CO2- Äquivalenz schon berücksichtigt wird. ** Die Emissionseffekte der Substitution für Restholz werden für den Vergleich CO 2 -Emission Heizöl / Holz in einer 1 kw Anlage angegeben. Folgerungen Gesamthaft gesehen zeigte sich, dass je nach bis ins Jahr 23 Reduktionen der CO 2 - Emissionen von.2 bis 3.41 Mio. t CO 2 -Äquivalent möglich sind. Das entspricht maximal gut 6% der heutigen CO 2 -Äquivalent-Emissionen der Schweiz. Dabei tragen die Lagererhöhung 35% bis knapp 5% und die Substitution entsprechend 5% bis 65% zur möglichen Reduktion der CO 2 - Emissionen bei. Im Jahr 21 (Stichjahr für die Erfüllung der CO 2 -Emissionensreduktion gemäss Kyoto-Protokoll) würde die maximal erreichbare CO 2 -Reduktion ca. 4% der gesamten aktuellen Schweizer CO 2 -Emissionen entsprechen und somit einen signifikanten Beitrag zur Erreichung der Schweizer Klimaschutz Ziele leisten (Reduktion der CO 2 -Emissionen aus fossilen Energieträgern bis zum Jahr 21 gegenüber 199 um 1%). 192