Bau- und Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

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1 1. Fachtagung Vermeidung mikrobiell bedingter Schäden im modernen Wohnhausbau, RENEXPO 2010, Augsburg, Bau- und Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen Dr. Klaus Hoppenheidt, bifa Umweltinstitut GmbH Am Mittleren Moos 46, Augsburg, Nachdem die Nutzung von Biomasse als regenerativem Energieträger in den letzten Jahren stark ausgebaut worden ist, sehen nationale und internationale Förderaktivitäten nunmehr auch die verstärkte stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe vor [1-3]. Ziel dieser Aktivitäten ist die Substitution erdölbasierter durch biobasierter Produkte. Das Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen war bisher besonders ressourcenintensiv [4], sodass vielfältige Aktivitäten ein nachhaltiges Bauen und Wohnen realisieren sollen [5]. Die Nutzungen nachwachsender Rohstoffe und der aus ihnen gewonnenen biobasierten Bauund Werkstoffe sollen u. a. den Ressourcenbedarf und die Umweltauswirkungen reduzieren. Unterstützt durch umfangreiche Förderaktivitäten (FNR, CARMEN e. V., KNR, u. a.) wurden in den letzten Jahren diverse Baumaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen bis zur Praxisreife (weiter-)entwickelt und erprobt [6]. Holz ist mit großem Abstand der wichtigste nachwachsende Rohstoff im Baubereich: Jährlich werden in Deutschland rund 59 % des Holzaufkommens von 35,8 Mio. t stofflich für vielfältige Holzprodukte genutzt. Im Vergleich dazu sind die insgesamt landwirtschaftlich erzeugten Mengen nachwachsender Rohstoffe mit 3,5 Mio. t relativ klein, zumal nur ein Teil dieser Industrierohstoffe im Baubereich eingesetzt wird. Wichtige Anwendungsfelder sind Dämmstoffe, Bodenbeläge, Farben und Lacke sowie Produkte für den Trockenbau. Nachwachsende Rohstoffe finden sich jedoch nicht nur in den vorgenannten naturnahen Baustoffen: In zahlreichen Produkten der Bauchemie sind biogene Rohstoffe und ihre Derivate enthalten. Beispielsweise wurde der Marktanteil biobasierter Betonzusatzmittel bereits 2004 auf 50 % geschätzt [7]. Das steigende Interesse an Nachhaltigkeit beim Bauen und einer nachhaltigen Chemie lässt erwarten, dass der Marktanteil biobasierter Produkte weiter ansteigen wird [8]. Diese umweltpolitisch erwünschte Entwicklung kann durch fundierte Kenntnisse der Anwendungsmöglichkeiten und -grenzen biobasierter Bau- und Werkstoffe unterstützt werden. Zudem lassen Neu- und Weiterentwicklungen - z. B. durch Einbeziehung der Nanotechnologie - eine Ausweitung der Einsatzbereiche biobasierter Produkte erwarten [9]. [1] BMELV (2009): Aktionsplan der Bundesregierung zur stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe [2] Bioökonomierat (2010): Innovation Bioökonomie, Gutachten [3] EU-Kommission (2007): Eine Leitmarktinitiative für Europa. [4] Umweltbundesamt (2010): Nachhaltiges Bauen und Wohnen Ein Bedürfnisfeld für die Zukunft gestalten [5] Informationsportal Nachhaltiges Bauen: [6] Themenportal Bauen und Wohnen mit nachwachsenden Rohstoffen: [7] Plank, J. (2004): Applications of biopolymers and other biotechnological products in building materials. Appl Microbiol Biotechnol, 66, 1-9 [8] Gesellschaft Deutscher Chemiker GDCh (Hrsg.) (2009): Aktuelles zur Nachhaltigen Chemie. Reihe HIGHCHEM hautnah, Band 4 [9] Hofbauer, W.; Rennebarth, T.; Breuer, K.; Sedlbauer, K. (2009): Die dritte industrielle Revolution am Bau auf biogener und bionischer Basis. Chemie Ingenieur Technik, 81, 11,

2 1. Fachtagung Vermeidung mikrobiell bedingter Schäden im modernen Wohnhausbau, Augsburg, Bau- und Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen Dr. Klaus Hoppenheidt bifa Umweltinstitut GmbH Am Mittleren Moos Augsburg

3 Nationale Nachhaltigkeitsstrategie Ziele 4 5 Ziele Ziele 7 6 Ziele Treibhausgasemiss. Erneuerbare Energien Energieproduktivität Luftqualität Rohstoffproduktivität Landbewirtschaftung Artenvielfalt Staatsverschuldung Quelle: Statistisches Bundesamt (2010): Nachhaltige Entwicklung in Deutschland Indikatorbericht 2010

4 Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen - Umweltaspekte Heizungsanlagen verbrauchen in Deutschland etwa ein Drittel der gesamten Endenergie (VDEW 2005). 85 % aller in Deutschland verwendeten mineralischen Rohstoffe werden zu Baustoffen und Bauprodukten (StBA 2007). 25 % der produzierten Kunststoffe werden im Baubereich genutzt. ein Drittel aller direkt und indirekt erzeugten Materialströme pro Bundesbürger entsteht im Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen. Bau- und Abbruchabfälle (mit Straßenabbruch, ohne Bodenaushub) machen rund ein Viertel des deutschen Abfalls aus (UBA 2008). Die Siedlungs- und Verkehrsfläche wächst Tag für Tag um durchschnittlich mehr als 150 Fußballfelder (113 ha). Davon verschwand etwa die Hälfte unter Asphalt oder Beton (UBA 2008). Wandel in Richtung nachhaltiges Bauen und Wohnen notwendig! Quelle: UBA (2010): NACHHALTIGES BAUEN UND WOHNEN - Ein Bedürfnisfeld für die Zukunft gestalten

5 Materialeinsatz in Deutschland Anteile in % Verwertete Entnahme biotischer Rohstoffe 258 Mio. t Biomasse Mio. t Landwirtschaft - 35,8 Mio. t Forstwirtschaft Insgesamt Mio. t Verwertete Entnahme abiotische Rohstoffe davon: 577 Mio. t Baumineralien 219 Mio. t Energieträger Nicht verwertete inländische Entnahme Einfuhr davon: 303 Mio. t Energieträger 109 Mio. t. biotische Güter Daten: UGR (2009)

6 Abgrenzung Biomasse und Nachwachsende Rohstoffe

7 Entwicklung - Holzrohstoffeinsatz in Deutschland 59 % 51 % Holzwerkstoffe im Bauund Möbelbereich 8 % Industrierohstoffe 41 % Daten: Mantau (2008):

8 Entwicklung landwirtschaftliche Anbauflächen

9 Nachwachsende Industrierohstoffe - Importanteile Gesamtmenge ohne Holz: 3,6 Mio. t Gesamtmenge mit Holz: 40,5 Mio. t Daten: BMELV (2009)

10 Einsatzfelder Nachwachsender Rohstoffe im Baubereich Angaben nach FNR Quelle: aid (2005)

11 Industriell genutzte Nachwachsende Rohstoffe (2008) Daten: FNR (2010)

12 Versteckte Nachwachsende Rohstoffe im Baubereich 40 Tsd. t Cellulosederivate nutzt die Bauchemie (D) als Rohstoff Einsatzbereich: Putz, Kleber, Spachtelmasse, Farben, 4 Tsd. t Zucker/Zuckerderivate nutzt die Bauchemie (D) als Rohstoff Einsatzbereiche: Betonzusatz, Farben, Kunststoffe, > 170 Tsd. t Öle und Fette werden für Farben und Lacke (D) eingesetzt 700 Tsd. t Ligninsulfonate werden weltweit als Betonzusatz verwendet Marktanteil biogener Betonzusatzmittel (weltweit): ca. 50 % 100 Tsd. t Celluloseether u. 30. Tsd. t Stärke(-derivate) werden weltweit für Trockenmörtel verwendet NEU: Nachfrage nach biobasierte Produkten (z. B.: Bio-Polyurethan, ) mit Zertifikat Angaben nach FNR (2010); Plank (2004); Hofbauer et al., (2009)

13 Marktanteile Nachwachs. Rohstoffe im Baubereich Der Anteil des Holzbaus lag 2007 mit etwas über Häusern bei rund 15 Prozent Daten: Menrad et al. (2006)

14 Vision der Biomassenutzung in den USA Biobased Industrial Products (1999) Daten: Duncan (2004): U.S. Federal Initiatives to Support Biomass Research and Development. Journal of Industrial Ecology, 7, 3-4,

15 Stoffliche Biomassenutzung in Deutschland und der EU Aktionsplan der Bundesregierung: Ausbau des Marktanteils für Baustoffe aus nachwachsenden Rohstoffen bei Neubauten und Bausanierungen Bundesregierung plant: Nationale Forschungsstrategie Bioökonomie 2030 Gutachten des Bioökonomierates EU-Leitmarktinitiative: Zukunftsträchtige Leitmärkte sind: - Biobasierte Produkte - Nachhaltiges Bauen und 4 weitere.

16 Biobasierte Produktion der Zukunft? Heute Morgen? Quelle: The Economist (2008): Industrial biotechnology - Better living through chemurgy - Efforts to replace oil-based chemicals with renewable alternatives are taking off