Ökobilanz über Spannbeton-Fertigdecken

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1 Ökobilanz über Spannbeton-Fertigdecken Ergebnisse einer vergleichenden Analyse von Spannbeton-Fertigdecken mit Halbfertigteildecken und Massivdecken aus Ortbeton Eva Brommer, Öko-Institut e.v. 6. Ökobilanz-Werkstatt , Darmstadt

2 Gliederung 1. Hintergrund und Motivation der Untersuchung 2. Der Untersuchungsansatz konkret 3. Ergebnisse 4. Diskussion und Ausblick

3 Hintergrund und Motivation der Untersuchung

4 Hintergrund und Motivation Erwartetes Ressourceneinsparpotenzial durch die Verwendung von Spannbeton-Fertigdecken deutlich geringerer Anteil an Beton und Stahl pro Quadratmeter Deckenfläche. Längere Transportdistanzen aufgrund geringerer Anzahl an Werken Welche Relevanz haben dabei der Herstellungsaufwand der Fertigteile? die verwendeten Stahl- und Betonqualitäten?

5 Die Studie Auftraggeber: sieben Unternehmen der Spannbeton- Fertigdecken Branche Begleitendes kritisches Gutachten

6 Der Untersuchungsansatz konkret

7 Vergleich von drei Deckenalternativen auf der Basis eines Musterbürogebäudes Funktionelle Einheit (Vergleichsgröße) Bereitstellung der in einem definierten, dreistöckigen Musterbürogebäude erforderlichen Deckenflächen über einen Zeitraum von 50 Jahren Aspekte einer Umnutzung innerhalb der Standzeit von 50 Jahren werden nicht beleuchtet. Funktion Die für Decken in einem Bürogebäude üblichen Anforderungen an Schallschutz, Brandschutz sowie die auf das Mustergebäude bezogenen erforderlichen technischen Eigenschaften bezüglich Statik werden erfüllt.

8 Das Musterbürogebäude Ü Schnitt und Ansicht des Musterbürogebäudes ß Geschossdecken des Musterbürogebäudes (Erdgeschoss, 1. und 2. Obergeschoss)

9 Untersuchte Produktalternativen Spannbeton-Fertigdecken: Werden im Werk komplett vorgespannt hergestellt und auf der Baustelle zusammenmontiert. Halbfertigteildecken: Ein vorgefertigtes Halbfertigteil wird auf der Baustelle mittels einer Ortbetonschicht und Bewehrung fertig gestellt. Schalungen und Stützen sind nur im Randbereich erforderlich. Ortbeton: Der Beton wird direkt auf der Baustelle verarbeitet, mit Hilfe von Schalungsflächen und Stützen.

10 Die Deckenalternativen im Musterbürogebäude Spannbeton- Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Gesamtdicke 20 cm 25 cm 25 cm Gesamtfläche 3.558,3 m² 3.557,2 m² 3.557,2 m² Alternative Beton [t] Stahl [t] Spannbeton-Fertigdecke 1.114,9 16,7 Davon im Fertigteil 991,6 12,6 Spannstahl Davon auf der Baustelle 123,3 4,1 Betonstahl Halbfertigteildecke 2.087,3 80,6 Davon im Halbfertigteil 584,4 32,9 Betonstahl Davon auf der Baustelle 1.502,9 47,7 Betonstahl Ortbetondecke 2.087,3 64,4 Davon auf der Baustelle 2.087,3 64,4 Betonstahl

11 Vergleich der eingesetzten Materialien Alternative Relation Beton Relation Stahl Spannbeton-Fertigdecke 100 % 100 % Halbfertigteildecke Ortbetondecke 187 % 187 % 482 % 385 %

12 Das betrachtete System Rohstoffe In Werk Produktion von Spannbetondecke Produktion von Halbfertigdecke Auf der Baustelle Transport Verlegung Transport Randschalung, Unterstützung, und Bewehrung Schalung, Unterstützung, und Bewehrung bzw. Produktion von Ortbetondecke Bürogebäude End of life Entsorgung Entsorgung Entsorgung Abluft Abwasser Abfälle

13 System Spannbeton-Fertigdecke: Überblick Vorkette Hilfs- und Betriebsstoffe Bahnöl, Wasser... Vorkette Vorprodukte Stahl, Abdeckkappe, Dieselherstellung Transport Diesel Spannbeton-Fertigdecke Herstellung: -Werk Brespa in Schneverdingen -Werk Echo in Houthalen 50% 50% Transport Vorkette Energie Strom, Diesel, Heizöl.. Interne Prozesse: - Sandgruben - Zement-Herstellung - Beton-Herstellung - Vorspannen - Interner Transport... Spannbeton-Fertigdecke Vorkette Sonstige Hilfs- und Betriebsstoffe Ortbeton, Ringanker... Transport Montage Andere Bauteile: Wände, Fenster, Türen, Heizsystem, Elektroleitung. Vorkette Mechanische Arbeit Strom, Diesel... Funktionelle Einheit: Bürogebäude Vorkette Energie Strom, Diesel... Nutzungsphase Entsorgung Recycling Deponie Ø Transportentfernung zur Baustelle: 167 km Zum Vergleich: Ø Entfernung Transportbetonwerk: 20 km Ø Entfernung Halbfertigteilwerk: 84 km

14 System Spannbeton-Fertigdecke: Spannstahlherstellung Primärstahl 25% Sekundärstahl 75% Sauerstoffblasverfahren Elektrostahlverfahren Stahl Stahl Kaltziehen Einzeldrähte Profilierung Litzen Wärmebehandlung Litzen mit niedriger Relaxation Wickeln (Ringe) Transport St 1500/1700 Zum Vergleich: Bei der Betonstahlherstellung entfällt Wärmebehandlung und Wickeln, hinzukommt allerdings Schweißen.

15 Datengrundlage Primärdaten: Spannbeton-Fertigteil-Produktion Sekundärdaten: z.b. Strombereitstellung Datenlücken: Halbfertigteilproduktion, einzelne Teilprozesse (z.b. Verlitzen des Spannstahls) Gutschriften für die Wiederverwertung am Ende des Lebensweges (Stahl und Beton) sowie ggf. bei Produktions- und Verarbeitungsprozessen.

16 Ergebnisse

17 Betrachtete Wirkungskategorien Kumulierter Primärenergiebedarf (KEA) Treibhauspotenzial (GWP) Versauerungspotenzial (AP) Eutrophierungspotenzial (EP) Photooxidantienpotenzial (POCP)

18 Ergebnisse für den kumulierten Energieaufwand (I) Kumulierter Energieaufwand (KEA) (MJ) 3,0E+06 2,5E+06 2,0E+06 1,5E+06 1,0E+06 5,0E+05 0,0E+00-5,0E+05-1,0E+06 Herstellung im Werk Transport der Fertig/Halbfertig-Teile Prozesse auf der Baustelle End of life Summe Spannbeton-Fertigdecke , , , , ,98 Halbfertigteildecke , , , , ,19 Ortbetondecke 0,00 0, , , ,14

19 Beitragsanalyse für den kumulierten Energieaufwand 100% 90% 7,9% 3,3% 13,5% 9,9% 0,9% 80% 24,2% 70% 50,4% 60% 50% 22,9% 49,9% 40% 30% 15,6% 16,2% 20% 12,3% 10% 24,1% 17,1% 22,6% 0% Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Zement Beton 6. Ökobilanz-Werkstatt, Stahl Darmstadt Sonstiges Energieverbrauch

20 Ergebnisse für das Treibhauspotential (GWP) I Treibhauspotential (GWP) (kg CO2-eq.) 3,5E+05 3,0E+05 2,5E+05 2,0E+05 1,5E+05 1,0E+05 5,0E+04 0,0E+00-5,0E+04 Herstellung im Werk Transport der Fertig/Halbfertig-Teile Prozesse auf der Baustelle End of life Summe Spannbeton-Fertigdecke , , , , ,13 Halbfertigteildecke , , , , ,42 Ortbetondecke 0,00 0, , , ,22

21 Beitragsanalyse Treibhauspotential 100% 90% 17,7% 5,9% 0,5% 80% 37,1% 1,3% 28,3% 70% 28,6% 60% 2,3% 11,4% 14,5% 50% 8,5% 11,4% 40% 30% 20% 40,6% 41,0% 50,8% 10% 0% Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Zement Beton Stahl Energieverbrauch Sonstiges

22 Variation der Transportentfernung bei der Spannbeton- Fertigdecke für den kumulierten Energieaufwand Kumulierter Energieaufwand (KEA) (MJ) 3,50E+06 Kumulierter Energieaufwand (KEA) (MJ) 3,00E+06 2,50E+06 2,00E+06 1,50E+06 1,00E+06 5,00E+05 0,00E+00 Entfernung [km] Relation zum Base Case 84km 125km 167km 251km 334km 501km 668km 835km -50% -25% Base Case 50% 100% 200% 300% 400% Transport der Decke (SB-D) Transport des Ortbetons (SB-D) Transport der Decke (HF-D) Transport des Ortbetons (HF-D) Transport des Ortbetons (OB-D) summe der Ortbetondecke summe der Spannbeton-Fertigdecke summe der Halbfertigteildecke

23 Alle Wirkungskategorien im Überblick 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% KEA GWP AP EP POCP Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Wirkungskategorie Einheit Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke KEA MJ GWP kg CO2äq AP kg SO2äq EP kg PO4äq POCP kg CH4äq

24 Diskussion und Ausblick

25 Diskussion Bereitstellung des Betons, insbesondere des Zementes und des Stahls ist ausschlaggebend für die Umweltauswirkungen Zementsorte mit sehr hohem Klinkeranteil (CEM I Zement) Vergleichsweise großer Anteil an Zement Einsatz von Spannstahl, der einen höheren Aufwand bei der Stahlverarbeitung besitzt (z.b. Wärmebehandlung) Anteil an Primär- resp. Sekundärstahl ist unklar

26 Reduktion der Zementmenge im Spannbeton- Fertigteil bei der Spannbeton-Fertigdecke Reduktionspotential in % bei der Reduzierung der Zementmenge in Spannbeton-Fertigdecke 0% -1% -2% -3% -4% -5% -6% -7% Zementmenge im Fertigteil (kg) -8% % -4% -8% -12% -16% -20% KEA (MJ) 0,0% -1,1% -2,2% -3,3% -4,4% -5,5% GWP (kg CO2 eq.) 0,0% -1,6% -3,2% -4,8% -6,4% -8,1% AP-EU (kg SO2 eq.) 0,0% -0,9% -1,8% -2,6% -3,5% -4,4% EP (kg PO4 eq.) 0,0% -0,9% -1,8% -2,7% -3,6% -4,5% POCP (kg Eth eq.) 0,0% -1,6% 6. Ökobilanz-Werkstatt, -3,2% Darmstadt -4,8% -6,5% -8,1%

27 Reduktion der Zementmenge im Spannbeton- Fertigteil bei der Spannbeton-Fertigdecke Reduktionspotential in % bei der Reduzierung der Zementmenge in Spannbeton-Fertigdecke 0% -1% -2% -3% -4% -5% -6% -7% technisch erreichbar: -12,6% Zementmenge im Fertigteil (kg) -8% % -4% -8% -12% -16% -20% KEA (MJ) 0,0% -1,1% -2,2% -3,3% -4,4% -5,5% GWP (kg CO2 eq.) 0,0% -1,6% -3,2% -4,8% -6,4% -8,1% AP-EU (kg SO2 eq.) 0,0% -0,9% -1,8% -2,6% -3,5% -4,4% EP (kg PO4 eq.) 0,0% -0,9% -1,8% -2,7% -3,6% -4,5% POCP (kg Eth eq.) 0,0% -1,6% 6. Ökobilanz-Werkstatt, -3,2% Darmstadt -4,8% -6,5% -8,1%

28 Kontakt: Eva Brommer

29 Beitragsanalyse für den kumulierten Energieaufwand 100% 90% 25,6% 14,0% 3,4% 9,9% 0,9% 80% 19,1% 70% 8,4% 19,5% 60% 50% 10,6% 6,2% 7,4% 14,5% 14,1% 17,1% 40% 17,5% 30% 16,4% 16,2% 12,7% 20% 10% 25,5% 18,4% 22,6% 0% Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Zement Beton (ohne Zement) Primärstahl 6. Ökobilanz-Werkstatt, Sekundärstahl Darmstadt Stahlverarbeitung Energieverbrauch Sonstiges

30 Beitragsanalyse Treibhauspotential 100% 90% 80% 37,1% 17,7% 11,2% 1,3% 5,9% 11,1% 6,2% 0,5% 70% 6,3% 11,0% 60% 50% 5,1% 4,0% 8,5% 2,3% 2,3% 11,1% 11,4% 14,5% 40% 30% 20% 40,6% 41,0% 50,8% 10% 0% Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Zement Beton (ohne Zement) Primärstahl 6. Ökobilanz-Werkstatt, Sekundärstahl Darmstadt Stahlverarbeitung Energieverbrauch Sonstiges

31 Ergebnisse für den kumulierten Energieaufwand (II) Kumulierter Energieaufwand (KEA) (MJ / funktionelle Einheit) 4,00E+06 3,50E+06 MJ / funktionelle Einheit 3,00E+06 2,50E+06 2,00E+06 1,50E+06 1,00E+06 5,00E+05 0,00E+00-5,00E+05-1,00E+06-1,50E+06 Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Gutschrift , , ,37 Sonstiges , , ,96 Energieverbrauch , , ,28 Stahlverarbeitung , , ,67 Sekundärstahl , , ,51 Primärstahl , , ,39 Beton (ohne Zement) , , ,94 Zement , , ,76

32 Ergebnisse für das Treibhauspotential (GWP) II Treibhauspotential (GWP) (kg CO2 eq. / funktionelle Einheit) 4,50E+05 kg CO2 eq. / funktionelle Einheit 4,00E+05 3,50E+05 3,00E+05 2,50E+05 2,00E+05 1,50E+05 1,00E+05 5,00E+04 0,00E+00-5,00E+04-1,00E+05 Spannbeton-Fertigdecke Halbfertigteildecke Ortbetondecke Gutschrift , , ,59 Sonstiges , , ,92 Energieverbrauch 6.447, , ,69 Stahlverarbeitung , , ,99 Sekundärstahl 6.334, , ,99 Primärstahl , , ,25 Beton (ohne Zement) , , , Zement ,51 6. Ökobilanz-Werkstatt, ,78 Darmstadt ,70