Umweltinformationen für Beton

Ökobilanz und Umwelt­produktdeklaration (EPD)

Für die Ökobilanz eines Gebäudes ist es weitestgehend unerheblich, ob die Betonbauteile für das Tragwerk vor Ort aus Transportbeton hergestellt oder als Betonfertigteile auf die Baustelle geliefert werden. Aus diesem Grund wurden Branchen-Ökobilanzen für Beton erstellt, die für beide Bauweisen gleichermaßen gültig sind.

Ökobilanzen als Informations-Tool für die Bewertung der Nachhaltigkeit

Investoren legen zunehmend Wert auf den Nachweis der Nachhaltigkeit ihrer Gebäude  [1]. Für diese Bewertung wurden in einer 2-jährigen Zusammenarbeit des damaligen Bundes­minis­teriums für Verkehr, Bau und Stadt­entwicklung (BMVBS, jetzt: BMUB) mit der Deu­t­schen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V. (DGNB) das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen des Bundes (BNB) sowie das Zertifizierungssystem der DGNB entwickelt und im Jahr 2009 in Deutschland eingeführt.

Die den Systemen zugrundeliegende ganzheitliche Betrachtung umfasst den kompletten Gebäude-Lebenszyklus und beurteilt eine Vielzahl von Eigenschaften (Kriterien).

Diese werden in fünf Hauptkriteriengruppen untergliedert:

1. Ökologische Qualität

2. Ökonomische Qualität

3. Soziokulturelle und funktionale Qualität

4. Technische Qualität

5. Prozessqualität (Planung und Bauausführung). (Bild 1)

Für die Beurteilung der ökologischen Qualität eines Gebäudes stellen Ökobilanzen nach DIN EN ISO 14040 [3] ein wichtiges Instrument dar. Im Vordergrund stehen hierbei der Schutz der natürlichen Ressourcen und der Schutz des Ökosystems.

Bei einer Ökobilanz werden zunächst über eine sogenannte Sachbilanz die Stoffe und Energien erfasst,

– die aus der Natur entnommen werden (wie z. B. stoffliche Ressourcen und Energieträger) oder

– in die Natur entlassen werden (wie z. B. Emissionen oder Abfälle)

Anschließend werden über eine sogenannte Wirkungsbilanz die Umweltwirkungen der Stoffe und Energien ermittelt und dem Nutzen (funktionelle Einheit) gegenübergestellt.

Welche Wirkungskategorien zur Beschreibung der Umweltwirkungen für Bauprodukte bei der Ökobilanzierung zu berücksichtigen sind, legt DIN EN 15804 [4] fest. Eine Vielzahl dieser Parameter geht als Nachhaltigkeitskriterium in die Zertifizierungssysteme ein. (Bild 2)

Für eine vollständige Bewertung der ökologischen Qualität werden die Auswirkungen des Stoff-, Energie- und Wasserverbrauchs sowie des Abfallaufkommens während der Herstellphase eines Gebäudes (inkl. der Herstellung aller verwendeten Baustoffe und deren Ausgangsstoffe), seiner langjährigen Nutzungsphase und für das Lebensende (Rückbau bzw. Abriss) erfasst – also der gesamte Lebenszyklus betrachtet. Um den Einfluss der verwendeten Baustoffe zu ermitteln, werden auch für diese Informationen über deren gesamten Lebenszyklus benötigt.

Ökobilanz Beton

Um für die Gebäudezertifizierung ökobilanzielle Informationen für Bauteile aus Beton zu erhalten, konnte man bisher lediglich auf Daten für Transportbeton der Druckfestigkeitsklassen C20/25, C25/30 und C30/37 aus der Ökobau.dat [5] zurückgreifen (Referenzjahr 2006).

Die Beton- und Zementindustrie hat in den vergangenen zwei Jahren daran gearbeitet, diese Daten zu aktualisieren und für sämtliche Bauteile aus Beton bis zur Druckfestigkeitsklasse C50/60 nutzbar zu machen, unabhängig davon, ob sie aus Transportbeton oder als Betonfertigteile hergestellt werden.

Die Forschungsvereinigung der deutschen Beton- und Fertigteilindustrie e.V. unter Federführung der Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e.V. (FDB) und der Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie e.V. (BTB) haben hierfür Ökobilanzen für Betone der sechs üblichen Druckfestigkeitsklassen (C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C45/55, C50/60) durch die VDZ gGmbH (Forschungsinstitut der Zementindustrie) erar­beiten lassen.

Diese wurden im EPD-Pro­g­ramm, Environmental Product Declaration (Umwelt­­produkt­deklaration-Programm), des Instituts Bauen und Umwelt e.V. (IBU) verifiziert und vom InformationsZentrum Beton als Umweltproduktdeklarationen veröffentlicht [6].

Ziel der Ökobilanzstudie war es, verlässliche Informationen insbesondere für frühe Planungsphasen zur Verfügung zu stellen, zu deren Zeitpunkt die Entscheidung, ob die Ausführung in Transportbeton oder als Fertigteile erfolgt, noch nicht gefallen ist.

Für Transportbeton und Betonfertigteile wurden jeweils typische Betonzusammensetzun­gen ermittelt, die als repräsentative Werte für die gesamte Betonbranche angesehen werden können. Die durchgeführte Durchschnittsbildung erfolgte für jede Druckfestigkeitsklasse gewichtet nach dem Produktionsvolumen von Transportbeton und Betonfertigteilen. Damit wurde der Tatsache Rechnung getragen, dass statistisch bei höheren Betonfestigkeiten eher Fertigteile zum Einsatz kommen, während bei niedrigeren Betonfestigkeiten mehr Transportbeton verwendet wird.

Bilanziert wurde so schließlich ein Kubikmeter in Deutschland hergestellter unbewehrter Beton für Bauteile im Hochbau (Wände, Decken, Balken, Treppen etc.), im Tiefbau (Gründungselemente etc.) und Ingenieurbau (z. B. Brücken). Für die Ökobilanzierung von bewehrten Bauteilen aus Stahlbeton ist der Bewehrungsstahl separat zu berücksichtigen.

Die Stadien des Lebensweges von Betonbauteilen

Der Lebenszyklus von Betonbauteilen wurde in der Ökobilanz über eine sogennante „Wiege-bis-Werkstor Bilanzierung mit Optionen“ (gradle-to-gate with options) betrachtet. Dabei wurden die verschiedenen Lebensstadien eines Betonbauteils wie folgt den einzelnen Modulen gemäß DIN EN 15804 [4] zugeordnet:

Die Herstellung des Gebäudes wird in 5 Module untergliedert. Module A1 bis A3 umfassen die Gewinnung bzw. Herstellung der Baustoffe, Modul A4 den Transport der Baustoffe zur Baustelle und Modul A5 den eigentlichen Bauprozess. (Tabelle 1)

Die wesentlichen Arbeitsschritte zur Herstellung eines vor Ort geschalten Gebäudeteils aus Transportbeton und eines Betonfertigteils im Werk sind dabei annähernd die gleichen. Diese sind lediglich zeitlich verschoben.

Natürlich treten zwischen den beiden Bauverfahren auch einige Unterschiede auf, die sich jedoch in der Gesamtbilanzierung nur gering auswirken:

– Bei Betonfertigteilen ist die Anzahl von Transporten zwischen Werk und Baustelle deutlich geringer. Die Transportentfernung ist dabei jedoch teilweise erheblich länger (durchschnittliche Entfernung: 200 km bei einer mittleren Nutzlast des Transportes von ca. 20 t).

– Die Anzahl der Transporte mit dem Fahrmischer ist deutlich größer. Jedoch sind die Entfernungen zwischen Transportbetonwerk und Baustelle in der Regel viel geringer (durchschnittliche Transportentfernung 17 km bei ca. 7,5 m³ Transportvolumen eines Fahrmischers).

– Die verwendete Betonzusammensetzung wird jeweils an das Bauverfahren angepasst (z. B. hohe Frühfestigkeit für Betonfertigteile, längere Verarbeitbarkeit für Transportbeton).

In der Gebäudenutzungsphase entstehen durch Betonbauteile während der Referenznutzungsdauer von 50 Jahren in der Regel keine Umweltlasten: weder durch die eigentliche Nutzung der Bauteile noch durch Reparaturen, planmäßigen Ersatz oder Erneuerung (Module B1 bis B5).

Endet der Lebensweg eines Gebäudes, können darin verbaute Betonbauteile zurückgebaut oder abgebrochen werden (Modul C1). Der Betonabbruch wird meist zu mobilen Brechanlagen unmittelbar in der Nähe der Abrissstelle transportiert (Modul C2) und dort aufbereitet (Modul C3).

In der Brechanlage erreicht der Beton das Lebensende in Form von Betonabbruchmaterial. Dieses kann als Sekundärmaterial die Primärmaterialien Sand und Splitt/Schotter ersetzen, z. B. zur Verwendung im Straßenbau. Hierfür werden ökobilanzielle Gutschriften im Modul D ausgewiesen.

Weiterhin möglich, aber in der Ökobilanz Beton aktuell nicht erfasst, sind Gutschriften für die CO₂-Aufnahme durch Carbonatisierung von Beton nach dem Abbruch von Betonbauwerken. Die hierdurch stattfindende Bindung von Kohlendioxid aus der Luft im Zementstein kann als negatives Treibhaus­potenzial ausgedrückt werden.

Ergebnisse der Ökobilanzierung

Erwartungsgemäß fallen die größten Umweltwirkungen in der Herstellphase (Module A1 bis A3) an. Weitere nennenswerte Umweltwirkungen entstehen durch den Transport zur Baustelle (Modul A4). (Bild 3)

Innerhalb der Herstellphase hat die Gewinnung und Herstellung der Ausgangsstoffe – und dabei besonders die Zementherstellung – den größten Einfluss auf die Ökobilanz von Beton. Dadurch relativieren sich auch die weiter oben genannten verfahrensbedingten Unterschiede zwischen vorgefertigten und vor Ort geschalten Betonbauteilen, so dass diese unter dem Strich kaum ins Gewicht fallen.

Übertragung auf das Gebäude

Mit Überführung der Ergebnisse der Ökobilanz für Beton in eine Umweltproduktdeklaration [6] liegen erstmalig verifizierte Werte vor, um für die Beurteilung der ökologischen Qualität eines Gebäudes die Umweltwirkungen zu ermitteln, die dem verbauten Beton zuzuordnen sind. Insofern werden die bestehenden Daten der Ökobau.dat aktualisiert und konkretisiert. Gleichzeitig muss nun nicht mehr auf die bauteilbezogenen Angaben für Betonfertigteile in der Ökobau.dat zurückgegriffen werden.

Für die Bilanzierung des Gebäudes ist das Gesamtbetonvolumen (soweit bekannt, differenziert in unterschiedliche Druckfestigkeitsklassen) lediglich mit den Ökobilanzwerten pro m³ Beton zu multiplizieren. Der in der Regel vorhandene Bewehrungsanteil ist zusätzlich zu erfassen. Hierfür wurden ergänzend zu den Datensätzen der Ökobau.dat z. B. im Juni 2013 vom ift Rosenheim Umweltproduktdeklarationen für Betonstahl veröffent­licht.

Wendet man die Ökobilanzergebnisse für einen Beton C45/55 und Betonstahl [7] ex­emplarisch für eine Stütze (Höhe = 11,75 m, b/h = 40/40 cm [8]) an, ergeben sich für die Erstellung dieses Bauteiles im Gebäude die ökobilanziellen Werte nach Tabelle 2 (Module A1 bis A5). Das Vorgehen für das Gesamtgebäude entspricht prinzipiell dem am Einzelbauteil.

Ökobilanz und Baustoffwahl

Den „nachhaltigen“ Baustoff an sich gibt es nicht. Die Wahl des Baustoffes beeinflusst im Gebäudekontext zahlreiche Nachhaltigkeitskriterien. Gleichzeitig gibt es auch viele vom Baustoff völlig unabhängige Aspekte. Der Vergleich von Baustoff-Ökobilanzen zum Zwecke der Baustoffwahl führt in der Regel zu Fehlschlüssen, da einerseits häufig unterschiedliche deklarierte Einheiten betrachtet werden, und andererseits der Produktnutzen nur auf Ebene eines Gebäudes oder Gebäudeteils mit definierten Eigenschaften quantifizierbar wird. Letztendlich kann die Beurteilung der Umweltwirkungen eines Baustoffes nur im Zusammenhang mit der konkreten Bauaufgabe und den dortigen Randbedingungen – also auf Gebäudeebene – erfolgen. Dies zeigt z. B. die Betrachtung des Verhältnisses zwischen Betondruckfestigkeit und Treibhauspotenzial. (Bild 4)

Baustoff-Ökobilanz und Planung nachhaltiger Gebäude

Die Betrachtung der Nachhaltigkeit eines Bauwerkes ausschließlich auf Basis der verwendeten Baustoffe ist aufgrund der Komplexität des Abwägungsprozesses unangebracht, so wie die Auswahl der Baustoffe auf Grundlage ihrer Ökobilanz falsch ist. Denn der Baustoff wirkt sich nicht nur auf die ökologische Qualität eines Gebäudes aus, sondern auch auf viele andere Gebäudeeigenschaften: thermischer Komfort, Anpassungsfähigkeit, Flexibilität, Dauerhaftigkeit, Brandschutz, Drittverwendungsfähigkeit etc. Bei der Baustoffwahl ist neben den ökobilanziellen Werten auch das Potenzial des Baustoffes unter Einbeziehung seiner technischen Eigenschaften zu berücksichtigen. Dabei kommt es im Besonderen auf den intelligenten Einsatz des Baustoffes und der Nutzung seiner Potenziale an [9].

Durch die Vielzahl der Nachhaltigkeitskriterien sind die Umweltwirkungen eines einzelnen Baustoffes in der Regel kein relevanter Faktor für die Nachhaltigkeit eines Gebäudes. So haben die Umweltwirkungen des Zementes, die die Ökobilanz von Beton wesentlich beeinflussen, einen Anteil an der DGNB-Zertifizierung eines fiktiven Bürogebäudes von lediglich 0,4 bis 1,2 % [10].

Vielmehr geht es beim nachhaltigen Bauen um die Optimierung eines Gebäudes im ganzheitlichen Sinne. Deshalb sind Branchenquerschnittsdaten im Allgemeinen ausreichend und herstellerspezifische Ökobilanzen für die Nachhaltigkeitsbeurteilung bzw. -zertifizierung nicht erforderlich.

Eine frühzeitige Abstimmung aller am Bau Beteiligten ist aufgrund der Anforderungen an nachhaltige Gebäude unabdingbar, damit schon in der Vorplanungsphase geeignete Materialien und Bauverfahren berücksichtigt werden. Die Umweltproduktdeklarationen Beton ermöglichen hierfür eine bauteilunabhängige Abschätzung der Umweltwirkungen von Gebäudeteilen aus Beton.

Literaturverzeichnis

[1] Bernd Kötter, Ilka Hering: Ergebnisbericht „Nachhaltigkeitsstudie für den Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V.“. April 2011

[2] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS): Leitfaden Nachhaltiges Bauen. April 2013

[3] DIN EN ISO 14040 Umweltmanagement - Ökobilanz - Grundsätze und Rahmenbedingungen

[4] DIN EN 15804:2012-04: Nachhaltigkeit von Bauwerken - Umweltproduktdeklarationen - Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte

[5] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS): Ökobau.dat 2011- www.nachhaltigesbauen.de/oekobaudat/

[6] InformationsZentrum Beton GmbH: EPD Beton. Institut Bauen und Umwelt e.V., Juli 2013:

[7] Badische Stahlwerke GmbH: EPD Betonstahl (Kurzfassung) – Betonstahl zur Bewehrung von Beton (Firmen-EPD). ift Rosenheim, Juni 2013

[8] Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e.V. (Hrsg.): FDB-Musterzeichnungen für Betonfertigteile – Hinweise für Konstruktion und Planung. Bonn 2009

[9] Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbaue e.V. (Hrsg.): Planungshinweise zum nachhaltigen Bauen mit Betonfertigteilen. Bonn 2013

[10] Dipl.-Ing. Jochen Reiners, Vortrag „Stellung von Zement und Beton in der Nachhaltigkeitsdiskussion“, Technisch-Wissenschaftliche Zementtagung, Düsseldorf, 28. September 2011