Recyclinggerechtes und ressourceneffizientes Bauen

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1 Recyclinggerechtes und ressourceneffizientes Bauen Helmut RECHBERGER Institut für Wassergüte, Abfallwirtschaft und Ressourcenmanagement HB2 MODUL HOCHBAU: STRUKTUR KONSTRUKTION DETAIL

2 Inhalt Der Beitrag des Bauwesens zum anthropogenen Stoffhaushalt Knappheit von Ressourcen Probleme beim Recycling von Baurestmassen DfR und Produzentenverantwortung Vorlesungsunterlagen zum Download: 2

3 Der Stoffhaushalt einer Stadt Wasser Energieträger Konsum und Investi - tionsgüter, Baustoffe Σ I ~ 200 t/e.a Luft Lager: Abgas Quelle: Daxbeck et al (aktualisiert) Abwasser Exportgüter Abfälle Restmüll Σ O Flüsse [t/e.a] Lager [t/e] O ~ 195 t/e.a 3

4 Kaum Kreisläufe Primärressourcen Versorgung & Konsum Sekundärressourcen 0,5-1 Abfälle Lager Deponie Flüsse [t/(e.a)] Lager [t/e] Entsorgung 1-2 Quelle: Baccini, 2002 (adaptiert) 4

5 Die Zusammensetzung des anthropogenen Lagers Quelle: Wittmer, 2007 Separate Sammlung von Kunststoffen (LVP): 18 kg/e.a Altmetall: 15 kg/e.a Altholz: 23 kg/e.a Quelle: BAWP 2011 ca. 400 t/e Vergleich zwischen UL und Reserven Kupfer: 300 Mio. t 580 Mio. t Eisen: Mio. t Mio. t Zink: 205 Mio. t 200 Mio. t Quelle: Rechberger, 2004; Rauch 2009, USGS

6 Knappheit von Ressourcen: Begriffe (1) McKelvey- Diagramm Quelle: Wacker & Blank, 1999 unwirtschaftlich wirtschaftlich marginal submarginal nachgewiesen gemessen Reserven identifiziert indiziert Grenzreserven geschlussfolgert Ressourcen hypothetisch unentdeckt spekulativ Zunehmender Grad an geologischer Sicherheit 6 Zunehmender Grad an Wirtschaftlichkeit

7 Ohne Recycling wird es ein Deponieproblem geben Masse [t/e.a] Input an festen Gütern in den Konsum Mittlere Verweilzeit Jahr Output an festen Gütern aus dem Konsum (Abfälle) 7

8 Knappheit von Ressourcen: Begriffe (2) Statische Reichweite [a]: globale Reserven [t]/globale Produktion [t/a] Stoff Bekannte Reserven Statische Reichweite (Jahre) Mittlere Wachstums rate (%/Jahr) Exponentielle Reichweite (Jahre) Exponentielle Reichweite bei Verfünffachung bekannter Reserven (Jahre) Aluminium 1,17 x 10 9 tons 100 6, Chrom 7,75 x 10 8 tons 420 2, Kohle 5 x tons , Kobalt 4,8 x 10 9 lbs , Kupfer 308 x 10 6 tons 36 4, tons: 907,185kg, lbs: 453,59g 8

9 Knappheit von Kupfer Perspektive Jahrzehnte Mio. t Weltjahresproduktion an Kupfer in Mio. t bekannte Kupferreserven in Mio. t Source: BGR kumulierte Kupfermenge in Mio. t US Reserven in Mio. t

10 Knappheit von Kupfer Perspektive Jahrhunderte Kupfer [kt] Kumulative Kurven für Erzfunde und Erzabbau Jahr Erzfunde Erzabbau Quelle: Gordon et al

11 Abnehmende Erzgehalte, Verteilung im Boden Amount of metal, mineral or energy available at a given grade a. Unimodal Grade b. Bimodal Grade 11

12 Mineralogische Barriere Energy, BTU/lb of copper Common rocks The mineralogical barrier Identified sulfide ores Ore grade, %Cu Quelle: Skinner

13 Kupferpreisentwicklung über 15 Jahre 13

14 Preisvolatilität Kupfer Palladium Molybden Platin 14

15 Der Preis ist kein guter Indikator für die Ressourcenknappheit 15

16 Regionale Knappheit am Bp. Kies (CH) 16

17 Rohstoffknappheit am Beispiel PV1 Advanced International Policy Scenario von EREC: TWh of electricity by 2040 (25% of total) Quelle: Zuser & Rechberger,

18 Rohstoffknappheit am Beispiel PV2 Advanced International Policy Scenario von EREC: TWh of electricity by 2040 (25% of total) Quelle: Zuser & Rechberger,

19 Verlängerung der Nutzungsdauer vs. Recycling (1) Nutzungsdauer (10 Jahre) Recyclingrate (0%) Flüsse: Masse/Zeit Lager: Masse 19

20 Verlängerung der Nutzungsdauer vs. Recycling (2) Ressourcenverbrauch bei konstanter Nutzung Verlängerung der Nutzungsdauer um X% bzw. Umsetzen einer Recyclingeffizienz von X% Nutzungsdauer Recyclingeffizienz 20

21 Grenzen des Recyclings Aufwand Umweltschutz 0 % Recyclingrate 100 % 0 % Recyclingrate 100 % 21

22 Urban Mining: Aufgaben Urbane Lager (Masse) Exploration des Anthropogenen Lagers Neubau Umbau Lagerforschung

23 Lagerforschung1 mg Pb/kg Asphaltbelagschichten im Gebäude Beschüttung Betonschichten Dachhaut (Schwarzdeckerarbeiten) Dackdeckung Estriche Fangkopfmauerwerk Fenster und Türen Fliesen (Boden) 905 Mauersteine (Schlackenbeton) Natursteinmauer Putze und Putzträger Wandbeläge in Innenräumen Mauerwerk Ziegel Mauerwerk Stahlbeton Quelle: Clement et al

24 Lagerforschung2 kg Pb Asphaltbelagschichten im Gebäude 141 Beschüttung Betonschichten Dachhaut (Schwarzdeckerarbeiten) Dackdeckung 16 Estriche Fangkopfmauerwerk 1 - Fenster und Türen 29 Fliesen (Boden) 6 Mauersteine (Schlackenbeton) 19 Natursteinmauer Putze und Putzträger Wandbeläge in Innenräumen Mauerwerk Ziegel Quelle: Clement et al Mauerwerk Stahlbeton 24

25 Schema einer trockenen Bauschuttsortieranlage < 80mm I: B II: F+E+A3 III: G+C+A1 Metalle: I+A2+D+E Rest: H+K Quelle: Brunner, Stämpli,

26 Massenbilanz einer trockenen Bauschuttsortieranlage 25 % Fraktion II Leichtfraktion 27 % Fraktion III Schwerfraktion I: B II: F+E+A3 III: G+C+A1 Metalle: I+A2+D+E Rest: H+K <1 % Rest 3 % Metalle 45 % Fraktion I < 80 mm Quelle: Brunner, Stämpli,

27 An- und Abreicherung durch die Bauschuttsortierung Vergleich mit dem Input geringere höhere Konzentration Fraktion I 1 Al Cd Zn AC OC Pb Fe Cu 1 Si S AC Ca Cr Hg OC Cd TC Hg Pb S Fraktion II Al Cu Ca Cr TIC Fe Fraktion III Metalle Cr S TC Fe Cd Hg Cu Zn OC 10 Si Pb Al AC Ca 1 Fe Cu Zn Cr Pb Al

28 Einfluss der Vorsortierung an der Baustelle Vergleich mit der Erdkruste geringere <-> höhere Konzentration Si Ca TC Fe Al S 0.1 Zn Pb Cr Cu Cd Hg ohne Vorsortierung mit Vorsortierung (Bereich von - bis ) 28

29 Der globale Kupferhaushalt (GKHH) Erz Kupferproduktion Lithosphäre Kathoden Kupfer Produkte Abfall Güter- Konsum produktion Neuschrott 540 Systemgrenze Kupfer global 1994 Schlacke Gangart Altschrott II Deponien Halden Altschrott I deponierte Abfälle Entsorgung Flüsse: t/a Lager: t Quelle: Graedel et al (ergänzt) 29

30 Bewertung des GKHH mittels Statistischer Entropie Relative Statistische Entropie Statistische Entropieanalyse 1, ,0 Kupferproduktion Güterproduktion Konsum Kreislaufwirtschaft Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Lebenszyklus von Kupfer Entsorgung Erdkruste Kupfer pur Quelle: Rechberger & Graedel,

31 Technologisch hoch entwickelte Abfallwirtschaft Produktion und Errichtung: Monate Entsorgung: Tage Wochen? Fotos: A. Weinert 31

32 Nur was man kennt kann man effektiv rezyklieren Zusammensetzung VW VW Golf Golf Stahl und Eisen Blei Kupfer Sonstige Schwermetalle (Chrom, Nickel, Zink) Aluminium Sonstige Leichtmetalle (Titan, Magnesium) Kunststoffe Kraftstoff/Öl/Fett Gummi Glas Kabel, E-Technik Dämmstoffe Lacke Sonstige Recycling-Ziel der EU: 95 % (2015) Tool: Materieller Gebäudepass? Recycling-Ziel von % möglich 32

33 Produktzusammensetzung wird komplexer Intel Leiterplatte Quelle: Graedel 2006 Quelle: Hagelüken

34 Materieller Gebäudepass Sources: IngWare GmbH 34

35 Ressourcenkataster Potenzielles Aufkommen eines Sekundärrohstoffes

36 Maßnahmen beim Neubau Üblicherweise werden die folgenden Grundsätze aufgezählt: Wiederverwendung von Bauteilen bzw. Einbauten Verwendung/Einsatzmöglichkeiten von Recycling-Baustoffen Bevorzugung abfallarmer Konstruktionen Abfallvermeidung an der Baustelle Darüber hinaus sind wesentlich: Reduktion der Materialvielfalt, Auswahl einfach verwertbarer Werkstoffe Minimierung der Verunreinigung von Baumaterialien Lange Nutzungsdauer Modularer Aufbau der Bauwerke Demontagegerechte Baustruktur und Verbindungstechnik Kennzeichnung wertvoller bzw. schädlicher Werkstoffe Auswahl verwertbarer Werkstoffpaarungen, z.b. Vermeidung von Verbunden 36

37 Auswahl von Werkstoffen am Bsp. Kunststoffe 37

38 Beispiel für DfR: Fassade 90+% recyclebar innen Gipskartonplatten (GKP) 2 Lagen 0,025 Mineralwolle 0,040 Alu - C Profile für GKP zw. Mineralwolle GKP 2 La gen 0,025 Da mpfs perre 0,000 Mineralwolle 0,125 Alu-C Profile für GKP Stahlunterkonstruktion für Fassadenplatten zw. Mineralwolle zw. Mineralwolle Zementbauplatte 0,025 Hinterlüftung 0,030 Fassadenplatten: 1. Aluminumverbundplatten 2. Zementfaserplatten außen Wandstärke Aufbau Leichtbaufassade Di cke [m] 0,015 0,285 38

39 Einfache Energetische Bewertung Primärenergieaufwand [TJ] LBF 0% Errichtung Zyklen 39

40 Einfache Energetische Bewertung Primärenergieaufwand [TJ] LBF 0% LBF 98% Errichtung Zyklen 40

41 Einfache Energetische Bewertung Primärenergieaufwand [TJ] LBF 0% LBF 98% Beton 0% Errichtung Zyklen 41

42 Einfache Energetische Bewertung Primärenergieaufwand [TJ] LBF 0% LBF 98% LBF opt. 98% Beton 0% Errichtung Zyklen 42

43 Selektiver Rückbau: Demontagegruppen Türen Türrahmen Fenster Fensterrahmen Fensterläden Innenverkleidungen (Holz) Fußleisten Tapeten Boden-/Treppenbeläge Bekleidungen unter Decken Elektrische Installationen (Steckdosen, Schalter, Kabel, Verteilerkästen etc.) Sanitäre Installationen (Rohre, WC-Schüsseln, Wasserkästen, Waschtische etc.) Zwischenwände Spenglerarbeiten (Dachrinnen etc.) Wände (Mauerwerk) Decken Dacheindeckungen Dachstuhl. Quelle: UBA

44 Selektiver Rückbau: Demontagegruppen In der ersten Rückbaustufe werden schonend in Handarbeit Bauteile ausgebaut, die wieder verwendet werden können (z. B. Geräte und Maschinen der technischen Gebäudeausrüstung, Heizkörper, Verteiler, Schaltschränke, Sanitärarmaturen und - objekte, demontierbare Trennwände u. Ä.). In der zweiten Rückbaustufe sollen wieder verwendbare Bauteile demontiert werden, die einer Aufarbeitung durch Reinigung oder Reparatur bedürfen (z. B. Türen, Fenster, Oberlichter, Lüftungskanäle, Rollläden, Kabel, Kabelkanäle, Klimakanäle, Bodenbeläge, Decken- und Wandverkleidungen, Holztreppen und Geländer etc.). Von Vorteil sind dabei gut lösbare Verbindungselemente wie Schraub-, Steck- und Klemmverbindungen. In der dritten Rückbaustufe sind Baustoffe auszubauen, die seit langem recycelt und bei den Herstellern wieder als Sekundärrohstoff in den Materialkreislauf integriert werden (z. B. Dachstuhl, Eisenmetalle aus Stahlkonstruktionen im Dach- und Fassadenbereich, von Gittern, Zäunen, Toren und Türen, Stahlkonsolen und Anker, Aluminium, Zink, Blech, Kupfer und Blei aus Dach- und Fassadenkonstruktionen, Glas aus Fenstern, Fassaden, Türfüllungen etc.). In der vierten Rückbaustufe sollten alle noch verbliebenen Bauteile des Innenausbaues oder der Gebäudetechnik ausgebaut werden (z. B. Dämmmatten, Füllschäume, Teerpappen, Bodenbeläge etc.). Die verbleibende Baumasse soll von allen Bauteilen, Stoffen und Verunreinigungen befreit werden, die das Recycling des restlichen Rohbaues behindern. Die fünfte und letzte Rückbaustufe ist der konventionelle Abbruch des Rohbaues. Hierbei kann eine gleichzeitige Sortierung der Abbruchmassen nach Stahlbeton, unbewehrtem Beton, verschiedenem Mauerwerk und nicht frostbeständigem Material wie Gips oder Porenbeton erfolgen. Quelle: UBA

45 Bewertung von Baumaterialien Bisher: TMR (Total material requirement) ADP (Abiotic depletion potential) Aspekte des Ressourcenverbrauchs Verfügbarkeit Eigenversorgung Verwendungsdauer Rezyklierbarkeit Scale up Substituierbarkeit 45

46 Zusammenfassung Bauwesen bindet große Massen an Ressourcen Knappheiten vorne und hinten im System Recyclingquoten sind derzeit gering Probleme sind: fehlende Produzentenverantwortung infolge langer Lebensdauer der Produkte unbekannte materielle Zusammensetzung Lösungen sind: materieller Gebäudepass Implementierung von DfR und Interdisziplinarität Selektiver Rückbau Optimierte Recyclingquoten 46