Schlüsselrolle im gesellschaftlichen Stoffwechsel Potenziale und Perspektiven von Urban Mining

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1 Schlüsselrolle im gesellschaftlichen Stoffwechsel Potenziale und Perspektiven von Urban Mining Prof. Dr. Stefan Bringezu Vortrag bei der GradZ Veranstaltung "Ressourceneffizienz und Ressourcenschonung" 8. Mai 2015 Universität Kassel Center for Environmental Systems Research Universität Kassel Leiter FG Stoffströme und Ressourcenmanagement Wuppertal Institut

2 Der Vortrag Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 2

3 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 3

4 Wirtschaftswachstum koppelt von Rohstoffextraktion ab Globale genutzte Extraktion Baumineralien: Förderung wächst rapide inbes. in EL Source: UNEP (2011) after Krausmann et al Mai 2015 Seite

5 Global wächst die Belastung durch Primärextraktion weiter 10 9 t Von 2000 bis 2030: ca. Verdreifachung genutzte Extraktion Ungenutzte Extraktion 2-3 mal höher und steigt überproportional mehr Abfall, Abwasser, Landschaftsveränderungen Sources: Bringezu 2015, Mudd 2009 Mai 2015 Seite 5

6 Rohstoffgewinnung bedeutet erhebliche Eingriffe Beispiel Kalksteinabbau Lengerich - sdf Fotos: Fabian Hanneforth Mai 2015 Seite

7 Die verbauten Materialien haben eine Vorgeschichte Beispiel Baustahl: das Erz kommt auch aus Brasilien Metallische Rohstoffe werden im Bergbau gewonnen Duisburg Nord Werkstoffe werden energieaufwändig erzeugt Carajás Mine, Brasilien Duisburg Nord Primärmaterial pro Tonne Stahlträger: 8, 1 t/t Hochofenstahl 1,5 t/t Recyclingstahl Mai Seite

8 Alternative: Urban Mining oder die Nutzung anthropogener Materiallager Materialbestand an langlebigen Gütern (Gebäude, Infrastrukturen) à Urban Mining i.e.s. Langlebige Gebrauchsgüter à Verwertung von Altfahrzeugen; WEEE; existierende Regelungen der Kreislaufwirtschaft Mobilisierung der "Hibernating Stocks" Deponien Mai 2015 Seite 8

9 Wie ergiebig wären Altdeponien bzw. Altablagerungen in Deutschland? Metalle Geschätzter Gehalt in Altablagerungen (Re enberger 2009) Jährliche Industrie- Produk on Eisen/Stahl 26 Mio t 45 Mio t Kupfer t t Aluminium t t Absoluter Lagerbestand Jährlicher Fluss Komplette Nutzung würde theoretisch nur aktuellen Bedarf für 0,5 bis 1 Jahr decken Altablagerungen müssten abgegraben werden Es sollte ergiebigere Quellen geben Mai 2015 Seite 9

10 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 10

11 Die Gesellschaft im Strom der Materialien Mai 2015 Seite 11

12 Die Gesellschaft im Strom der Materialien deutsche Durchschnittszahlen pro Kopf 6 t fossile Energieträger 7 t Baumineralien 3 t Nahrungsmittel 12 t CO 2 -Äquiv 1 t Bauabfälle i.e.s. 0,6 t Siedlungsabfall 0,4 t auf Deponien Mai 2015 Seite 12

13 Die Gesellschaft im Strom der Materialien deutsche Durchschnittszahlen pro Kopf 7 t Baumineralien 1 t Bauabfälle i.e.s. 0,9 t RC + Verwertung 0,1 t auf Deponien à Bauabfälle werden bereits zum Großteil verwertet Warum ist der Anteil an Sekundär- Input nicht höher? Mai 2015 Seite 13

14 Materialbestand an Bauwerken und langlebigen Gütern wächst: ca. 10 t pro Kopf jährlich Materialkonto Deutschlands 2009* [Mio t] Bestandszuwachs 805 Abfall an Deponie 35 Quelle: nach DESTATIS 2011, Bericht UGR Solange der Bestand wächst, kann selbst 100% RC den Bedarf nicht decken Mai 2015 Seite 14

15 Langfristig: Netto-Null-Wachstum des Bestands unumgänglich Externe Begrenzungen: Horizontale Ausdehnung in der bebauten Fläche in Konflikt mit Ernährungssicherheit, Lebensqualität und Naturschutz Vertikale Ausdehnung in Konflikt mit Bauwerksstabilität, baulichem Aufwand, Solarisierung, multizentrischer Siedlungsstruktur Interne Treiber: Steigender Aufwand für Bestandserhaltung Sättigung der Nachfrage Quelle: Europäische Kommission Mai 2015 Seite 15

16 Materialbestände und flüsse in Infrastrukturen Deutschland 2007 Input bereits durch Instandhaltung dominiert Je größer der Bestand, desto größer auch der jährliche Unterhaltungsaufwand Anteil an der jährlichen Gesamtproduktion/-verbrauch (ohne Beachtung von Recycling) Eisen und Stahl** Kupfer** Aluminium** Mineralische Rohstoffe* in 1000 t in 1000 t in 1000 t in 1000 t Gesamtproduk tion* bzw. - verbrauch** jährlicher Materialbedarf Infrastruktursysteme Anteil in % 6,0% 6,9% 2,0% 39,6% Quelle: Wuppertal Institut/Bringezu et al Mai 2015 Seite 16

17 Die Ausdehnung der SuV Fläche in Deutschland nimmt langsam ab Mai 2015 Seite 17

18 In westlichen Ländern deutet sich auch eine Sättigung bei der Wohnungsfläche an Source: Hu et al. (2010) JIE 14(3): left: after Müller (2006), Bergsdahl et al. (2007) Mai 2015 Seite

19 Zwischenfazit Das anthropogene Materiallager in Hoch- und Tiefbau wächst Mit der Abnahme des Wachstums nimmt die Bedeutung des Urban Mining zur Bedarfsdeckung zu Langfristig werden Neubau und Rückbau ein Gleichgewicht erreichen Dieses Gleichgewicht hat bei Schrumpfung keinen Bestand Mai 2015 Seite 19

20 Erwarteter Zugang* und Abgang** recyclingrelevanter Stoffströme im Hochbau - Deutschland 2020 sdf Welsdf Quelle: IÖR/intecus, Schiller et al Mai 2015 Seite 20

21 Erwartete Bilanz aus Zu- und Abgang RC-relevanter Baustoffe im Hochbau 2020 sdf Verhältnis Zugang : Abgang RC-relevante Baustoffe Welsdf Quelle: IÖR/intecus, Schiller et al Mai 2015 Seite 21

22 Erwarteter Zugang und Abgang RC-relevanter Stoffströme im Hochbau Deutschland sdf - Welsdf! à dann müsste das Fließgleichgewicht im Hochbau für Gesamtdeutschland bereits vor 2050 erreicht werden Quelle: IÖR/intecus, Schiller et al Mai 2015 Seite 22

23 Zwischenfazit In ländlichen Regionen und in den neuen Bundesländern wird das Bestandsgleichgewicht eher erreicht werden als in den Wachstumsmetropolen und den alten Ländern Bei Schrumpfungsprozessen des Baubestandes kommt es zu einem lokalen Überangebot von potenziellen RC-Baustoffen Wie kann man das auf lokaler Ebene vorhersehen und nutzen? Mai 2015 Seite 23

24 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 24

25 Der Baubestand ist das Materiallager der Zukunft Pro Kopf Werte von Wuppertal ( EW) nur Wohngebäude BESTAND ABGÄNGE 67 t Beton+Mörtel 0,039 t 37 t Ziegel 0,021 t Quelle: Wuppertal Ins tut/fg3 M. Ri hoff 21 t Kalksandstein 19 t Stahl 10 t Lehm 4 t Holz? 0,012 t 0,011 t 0,006 t 0,002 t Abrissquote 0,06% p.a. Mai 2015 Seite 25

26 Materiallager mineralische Baustoffe der Stadt Zürich Mio. Tonnen > Würfel mit Kantenlänge von 380 m 260 Tonnen pro Einwohner Seite

27 Ressourcen- und Bestandsmanagement der Stadt Zürich: Planszenarien zur Entwicklung der Recycling-Baustoffflüsse Seite

28 Rückbau und Entsorgung: Zürich Wohnsiedlung Bernerstrasse 267 Wohnungen Gesamtvolumen: m 3 Quelle: H. Gugerli, Stadt Zürich, Amt für Hochbauten Seite

29 Wohnsiedlung Bernerstrasse Demontage: Entfernen verwertbarer Materialien u. potenz. Störstoffe Abbruch RC-Stoffaufbereitung Fotos H. Gugerli, Stadt Zürich, Amt für Hochbauten Seite

30 Zürich: Ersatzneubau Wohnsiedlung Werdwies 100% Recycling-Beton aus Beton- und Mischabbruch Quelle: H. Gugerli, Stadt Zürich, Amt für Hochbauten Mai 2015 Seite 30

31 Zürich: Gebäudelabel MINERGIE-ECO Mehr Lebensqualität Geringere Umweltbelastung MINERGIE- ECO MINERGIE / MINERGIE-P Komfort Hohe thermische Behaglichkeit Sommerlicher Wärmeschutz Systematische Lufterneuerung Energieeffizienz Gesamter Energieverbrauch liegt ca. 20% und Fossiler Energieverbrauch liegt ca. 50% unter dem durch-schnittlichen Stand der Technik ECO Gesundheit Optimale Tageslichtverhältnisse Geringe Lärmimmissionen Geringe Belastung mit Schadstoffen, Keimen und Strahlung Bauökologie Hohe Nutzungsdauer, Nutzungsflexibilität, Rückbaufähigkeit Einsatz von Recyclingbaustoffen, gelabelte Produkte, Bodenschutz Tiefe Graue Energie der Summe aller verwendeten Baustoffe Tageslicht Schallschutz Innenraumklima Gebäudekonzept Materialien und Bauprozesse Graue Energie Quelle: H. Gugerli, Stadt Zürich, Amt für Hochbauten Mai 2015 Seite 31

32 Zwischenfazit Städte (und Regionen) können das Bestandsmanagement ins Ressourcenmanagement einbeziehen Auch mineralische RC-Baustoffe aus dem Bauabbruch können wieder im Hochbau eingesetzt werden Schön, aber was ist mit den Metallen? Mai 2015 Seite 32

33 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 33

34 Konstruktionsmetalle Bestand in der Technosphäre [kg/person]( ) MDC: more developed countries LDC: less developed countries Source: Graedel et al Mai 2015 Seite 34

35 Infrastruktursysteme in Deutschland Öffentliche Abwasserinfrastruktur - Metalle Werden Metalle ausgebaut werden sie auf bestehenden Routen verwertet Quelle: Steger et al. 2011, Wuppertal Institut! Mai 2015 Seite

36 Infrastruktursysteme in Deutschland Energieerzeugungssysteme - Kunststoffe Kunststoffe gelangen häufig nur in die thermische Verwertung Quelle: Steger et al. 2011, Wuppertal Institut! Mai 2015 Seite

37 Aktuelle Kohlenstoff-Flüsse der Kunststoffproduktion in Deutschland ATMOSPHERE Biomass Products Waste Management REN Agriculture Forestry Polymer Chemistry Material Recycling Biomasseversorgung aus Landwirtschaft kritisch wg. Flächenkonkurrenz Ernährung Fossile Ressourcenbasis kritisch wegen finaler Emissionen und zunehmender Knappheit Oil and gas LITHOSPHERE Mai 2015 Seite 37

38 Aktuelle C-Flüsse der Kunststoffproduktion in Deutschland Vorwiegend lineare Flüsse von Lithosphäre zu Atmosphäre ATMOSPHERE Biomass Products Waste Management 9 13 Mt total waste incinera on 5 Mt domes c consump on 1 Mt polymers Agriculture Forestry Polymer Chemistry Material Recycling REN Wie kann eine nachhal ge Versorgung der Kunststoffproduk on entwickelt werden?! Oil and gas LITHOSPHERE Mai 2015 Seite 38

39 Strategien vermehrten Recyclings für die Polymerproduktion 1. Vermehrte getrennte Sammlung und werkstoffliches Recycling; 2. Verwertung von Mischabfällen für die chemische Synthese - Vergasung trockener organischer Abfälle zu Synthesegas, und - Fermentation feuchter organischer Abfälle zu Biogas; 3. Abscheidung von CO 2 nach der Verbrennung oder im Zuge der Biogasreinigung und Nutzung als Rohstoff für die chemische Synthese. Mai 2015 Seite 39

40 Idealized Carbon Recycling with CO 2 capture ATMOSPHERE External C-REC Biomass Agriculture Forestry Products Polymer Chemistry Internal C-REC Waste Management C captured CO 2, <CH x > Atmospheric Absorption REN Electrolysis H 2 Oil and gas LITHOSPHERE Mai 2015 Seite 40

41 Carbon flows under development for Carbon Recycling Overview of competing routes ATMOSPHERE Biomass Products Waste Management Agriculture Forestry Polymer Chemistry 3 2 C captured CO 2, <CH x > 6 1 Atmospheric Absorption REN 4 5 CH 4 Methanation Electrolysis H 2 Oil and gas P Fossil fired Power Plants Blast Steel Furnaces Cement kilns LITHOSPHERE Mai 2015 Seite 41

42 Polymer production can develop recycling routes to become independent from fossil and biomass resources ATMOSPHERE External C-REC Biomass Agriculture Forestry Products Polymer Chemistry Internal C-REC Waste Management C captured CO 2, <CH x > Atmospheric Absorption REN Electrolysis H 2 Oil and gas Auf lange Sicht werden auch Kunststoffe auf der Basis von technischem Recycling, das durch erneuerbare Energien getrieben wird, hergestellt werden, inkl. C Abscheidung. LITHOSPHERE Mai 2015 Seite 42

43 Zwischenfazit Für das Metall- und Kunststoffrecycling ist der gezielte Rückbau und die Separation entscheidend Langfristig werden Kunststoffe auch eher stofflich verwertet werden (C- Recycling) Muss man denn überhaupt abreißen oder rückbauen? Mai 2015 Seite 43

44 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 44

45 Es muss nicht gleich komplett abgerissen werden Quelle: Stadtumbau Stollberg Mai 2015 Seite 45

46 Erfolgreiche Umnutzungen von alten Gebäuden Reihenhäuser in einem umgenutzten Bunker in Köln-Nippes (Architekten: Luczak Architekten, Köln) sd Welsdf Wohnungen im ehemaligen Karmelkloster in Bonn-Pützchen (Architekten: Rechtsnachfolge Fischer-Architekt BDA, ehem. Fischer-von Kietzell Architekten BDA) Foto: Constantin Meyer, Köln Foto: Fischer-Architekt BDA, Bonn Mai 2015 Quelle: MBV NRW 2007 Seite 46

47 h p://de.123rf.com/lizenzfreie- bilder/hochbau.html Aber wann ist Komplettabriss besser als Bestandssanierung? à Ressourcenbilanzierung à Planung für mehrere Nutzungsphasen Mai 2015 Seite 47

48 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 48

49 Die Gebäudehülle wird solarisiert - komplexere Materialien und funktionsintegrierende Bauteile werden genutzt Photo credits see Bringezu and Bleischwitz 2009 and TU Darmstadt Mai 2015 Seite 49

50 Die Gebäudehülle der Zukunft dürfte nicht mehr aus den massiven Massenbaustoffen von heute bestehen Experimentierfassade am Erweiterungsgebäude des ZAE Bayern in Würzburg: Südansicht mit transparenten Wärmedämmungen, schaltbaren und evakuierten Wärmedämmungen sowie Sonnenschutzeinrichtungen à Langfristig wird möglicherweise weniger RC-Beton benötigt werden à Aber: diese Experimentierhäuser sind noch lange nicht bestandsprägend Mai 2015 Seite 50

51 Innovationen zur Gebäudehülle Fokus Wärmeisolation Vakuumisolierverglasung und Vakuumisolierpanelen wie kriegen wir das später ausgebaut und rezykliert? Mai 2015 Seite 51

52 Herkömmliches Mining Urban Mining Gesellschaftlicher Stoffwechsel und physisches Wachstum Ressourcenmanagement des Baubestands: Beispiel Zürich Recyclingoptionen: Baumineralien Metalle Kunststoffe Teilabriss und Umnutzung von Altgebäuden Herausforderung für Urban Mining: Innovationen am Bau Schlussfolgerungen Mai 2015 Seite 52

53 Schlussfolgerungen Urban Mining von Hoch- und Tiefbauten wird immer wichtiger werden Ein vorausschauendes Bestands- und Ressourcenmanagement ist möglich (Beispiel Zürich) Benötigt werden Informationen über den Materialgehalt des Bestandes und seiner Bauteile und deren Nutzungsdauer (lokal regional bundesweit) Informationssystem Urban Mining Der Baubestand kann mehrfach (um-)genutzt werden (und sollte so geplant werden) Ein gezielter Rückbau und eine Separierung der Wertstoffe sind wichtig Wir brauchen mehr Forschung über die zu erwartenden und möglichen Dynamiken des Baubestandes Mai 2015 Seite 53

54 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! ISBN: