Transformation der Baustelle

Eine zentrale Rolle im Klimawandel spielt der Bausektor, der weltweit für etwa 40 Prozent der CO₂-Emissionen, über 30 Prozent des globalen Ressourcenverbrauchs und rund 35 Prozent des Abfallaufkommens verantwortlich ist. Gerade darum liegt in ihm auch der stärkste Hebel, die Krise zu bewältigen. Den wichtigsten Ansatzpunkt bieten die materialgebundenen Emissionen, also die graue Energie, die bei Herstellung, Transport, Errichtung und Rückbau von Gebäuden entsteht.

Die Frage hinter dem Forschungsprojekt Holz-Lehm-Hybrid ist deshalb so naheliegend wie weitreichend: Wie können wir Gebäude so bauen, dass sie Teil der Lösung werden und nicht Teil des Problems bleiben? Die Antwort erfordert ­einen Perspektivwechsel: weg von einer reinen Vermeidungsstrategie, hin zu einem regenerativen Verständnis von Nachhaltigkeit, das neben der Minimierung von Umweltbelastungen eben auch die aktive Wiederherstellung von Ökosys-temen einbezieht. Die gebaute Umwelt ist dabei in ihrer physischen Erscheinung und in ihrer regionalen Einbettung samt der damit verbundenen Stoff- und Materialströme zuverstehen.

In dieser Bauwende hat sich der Holzbau in den vergangenen Jahren als wichtige Säule etabliert. Aber auch andere naturbasierte Baustoffe müssen identifiziert, normativ abgesichert und in Konstruktionen unter realen Bedingungen unter Beweis gestellt werden. Für den Baustoff Lehm wurden zuletzt wichtige Weichen gestellt: Die DIN 18940, seit 6/2023 in Kraft, ermöglicht tragendes Lehmsteinmauerwerk bis Gebäudeklasse 4. Damit eröffnet sich ein Möglichkeitsraum, der praktische Modellvorhaben benötigt – denn bestehende Regularien sind von hohen Sicherheitsbeiwerten geprägt, die erst durch realisierte Bauwerke als belastbare Referenzen weiterentwickelt werden können.

Genau hier können die Ergebnisse aus Reallaboren dazu beitragen, Wissenslücken zu schließen, die Akzeptanz von Innovationen zu erhöhen und über neue Bemessungsansätze zu informieren.

Ein Bauprojekt als Forschungsraum

Der Holz-Lehmbau Campus Berlin (HLCB) bildet den konkreten Rahmen der Forschung. Initiiert wurde das Vorhaben aus der Baupraxis heraus, um nachhaltige, kreislaufgerechte Bauweisen unter realen Bedingungen zu entwickeln und umzusetzen. Das Bauprojekt wurde bewusst als Real­labor angelegt und systematisch mit Forschung verknüpft. Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt ist es als Kooperation von Architektur, Bauausführung, Industrie und Wissenschaft organisiert. Bauhaus Erde übernimmt die wissenschaftliche Leitung, B&O Bau und Gebäudetechnik wirkt als Projektträger, Finanzierungs- und aktiver Forschungspartner, während Sauerbruch Hutton die architektonische Planung des Gebäudes verantwortet. Der Industrieverband Lehmbaustoffe und der Landesbeirat Holz Berlin-Brandenburg begleiten das Projekt und unterstützen die Verbreitung der Forschungsergebnisse. In dieser Konstellation werden wissenschaftliche Fragestellungen, planerische Entwicklung, industrielle Fertigung und bauliche Umsetzung in enger Verzahnung bearbeitet.

Methodisch folgt das Projekt einem iterativen Prozess mit mehreren Rückkopplungsschleifen: Bauteile werden entworfen, ökologisch bewertet, prototypisch erprobt, im Gebäude umgesetzt, im Betrieb beobachtet. Erkenntnisse aus jedem Schritt fließen kontinuierlich in den Entwurf der Bauteile zurück. Die schließlich katalogisierten Bauteile stellen Lösungen dar, die die anerkannten Regeln der Technik einhalten und ohne größere planerische oder baurechtliche Hürden auf andere Bauvorhaben übertragbar sind.

Holz, Lehm und wiederverwendete Materialien

Die Wahl der Materialien und deren regionale Verfügbarkeit sind für eine wirksame Bauwende ebenso entscheidend wie ihre Einbindung in bestehende Produktions- und Bauprozesse sowie Konstruktionsweisen, die ihre ökologischen Qualitäten zur Geltung bringen.

Das Forschungsprojekt setzt auf drei komplementäre Materialien: Holz als nachwachsender Kohlenstoffspeicher, Lehm als mineralischer und vollständig rückführbarer Baustoff sowie lokal vorhandener Beton aus dem Bestand.

Brandenburg bietet hierfür eine günstige Ausgangslage: Rund 70 Prozent seines Waldes bestehen aus märkischer Kiefer, die wegen der nährstoffarmen sandigen Böden eine hohe Rohdichte, Stabilität und Feuchtigkeitsresistenz aufweist und sich damit hervorragend für konstruktive Anwendungen eignet. Das Werk von B&O Bau in Frankfurt/Oder verarbeitet die Kiefer aus nachhaltiger Forstwirtschaft zu vorgefertigten Holzbauteilen: lokales Material, industriell verarbeitet.

Lehm ist einer der ältesten Baustoffe der Menschheit – und heute die meistunterschätzte Ressource. Er ist nahezu überall verfügbar und fällt beim Aushub als Abfallprodukt des Bausektors in großen Mengen an. Sein Potenzial für zeitgenössisches Bauen ist enorm: Konstruktiv verhält sich Lehmstein wie gebrannter Ziegel, ist nach dem Rückbau ohne Qualitätsverlust wiederverwendbar und reduziert durch den Verzicht auf den Brennvorgang die materialgebundenen CO2-Emissionen gegenüber Ziegel drastisch. Lehmstein lässt sich in die existierende Infrastruktur der Ziegelindustrie integrieren, eine industrielle Skalierung ist ohne grundlegende Umstrukturierung bestehender Fertigungsketten möglich.

Die Wiederverwendung von Beton folgt einer anderen Logik: Angesichts der exponentiell wachsenden „anthropogenen Masse“ ist die Rückführung von Bauteilen in den Kreislauf perspektivisch unumgänglich. Im Kontext des HLCB bot der im Zuge der Entsiegelung geplante Rückbau der Betonbodenplatte die Möglichkeit, das Material direkt vor Ort weiterzuverwenden.

Ein Katalog regenerativer Konstruktionen

In der Forschung wurden die Bauteile identifiziert, die einen besonders hohen Einfluss auf die materialgebundenen Treibhausgasemissionen in Gebäuden haben – insbesondere die tragenden Bauteile Fundament, Bodenplatte, tragende ­Innenwand, Gebäudeabschlusswand und Geschossdecke. Es wurden funktional äquivalente Alternativen zu konventionellen Bauweisen entworfen, prototypisch erprobt und im Gebäude umgesetzt. Ökobilanzielle Betrachtungen, die Analyse von Transportketten und die Einbindung regionaler Wertschöpfungsstrukturen begleiteten diesen Prozess von Beginn an. Die bilanzierten Umweltwirkungen wurden als Entscheidungsinstrument in der Weiterentwicklung der Bauteile eingesetzt.

1. Re-Use-Fundamente

Die Bodenplatten der Bestandsremisen wurden auf Druckfestigkeit geprüft, zugeschnitten und als Stapelfundamente wiederverwendet. Aus der vorhandenen Substanz wurden 645 Platten geschnitten und zu 53 Einzelfundamenten gefügt. Die Ausführung war zwar mit erhöhtem Aufwand in Logistik, Lagerung und Bauablauf verbunden – aber die Treibhausgasemissionen konnten gegenüber dem konventionellen Äquivalent von 273,5 kg CO₂e auf 56,8 kg CO₂e pro Einzelfundament reduziert werden: eine enorme Einsparung, die exemplarisch zeigt, welches Potenzial in der gleichwertigen Wiederverwendung tragender Bauteile liegt.

2. Bodenplatte und Gebäudeabschlusswand

Beide Bauteile wurden im Werk von B&O Bau in Frankfurt/Oder aus regionalem Kiefernholz seriell vorgefertigt. Auf eine weitgehende Kapselung der Innenwände wurde bewusst verzichtet, um die Bläue und die heterogene Struktur der Kiefer als Ästhetik eines einfachen, regionalen Bauens lesbar zu machen. Die brandschutztechnische Einordnung der Gebäudeabschlusswand weicht in ihrer Ausführung nicht von den gesetzlichen Vorgaben ab, erforderte aber eine projektspezifische Abstimmung mit der Behörde.

3. Tragendes Lehmsteinmauerwerk

Das anspruchsvollste Bauteil des Vorhabens wurde in drei Prototypen entwickelt, bis die finale Bauweise etabliert wurde. Gestalterische und technische Fragen wie Fugenfarbe, Oberflächenbehandlung, Sockelausbildung, Integration von Brandschutztüren wurden iterativ gelöst. Eine Neuerung war die Einführung einer teilvorgefertigten Bauweise in Zusammenarbeit mit der Ziegelei August Lücking: Die Wandfragmente wurden im Werk unter kontrollierten ­Bedingungen hergestellt und zur Baustelle transportiert, die Stöße durch Ortvermauerung kraftschlüssig verbunden. Die Fugen zwischen vorgefertigten Elementen und Ortmauerwerk sind nach Fertigstellung nicht mehr ablesbar. Die Vorfertigung stellt hohe Anforderungen an Verbindungstechnik, Maßhaltigkeit und Tragverhalten, eröffnet dem Lehmbau aber neue Perspektiven hinsichtlich Planbarkeit, Ausführungsqualität und Effizienz.

4. Holz-Lehm-Hybriddecke

Geschossdecken stellen eine Herausforderung im nachhaltigen Bauen dar, denn sie müssen hohe Spannweiten überbrücken und zugleich ausreichend Masse für den Schallschutz aufweisen. Die neu entwickelte Holz-Lehm-Hybriddecke kombiniert Holzträger aus regionaler Kiefer mit vorgefertigten Lehmsteinen, die als raumklimatisch und akustisch wirksame Masse fungieren – lösbar gefügt und vollständig rückbaubar. In enger Zusammenarbeit haben B&O Bau und Gebäudetechnik, Ziegelei August Lücking und Bauhaus Erde ein Mundstück für das Strangpressverfahren entwickelt, das die industrielle Herstellung der Deckensteine innerhalb der Produktionskapazitäten der Ziegelei ermöglicht. Initiiert, finanziert und risikoseitig getragen ­wurde dies einschließlich der Forschung durch die B&O Bau und Gebäudetechnik. Das patentierte System verbindet ökologische Verträglichkeit, industrielle Fertigung und kreislaufgerechtes Konstruieren und stellt eine marktfähige Alternative zu konventionellen Deckensys-temen dar.

Ökologische Bewertung als Entwurfsinstrument

Die ökologische Bewertung ist in diesem Projekt integraler Bestandteil des Entwurfsprozesses. Sie bildet den zentralen Entscheidungsrahmen für Konstruktion, Materialwahl und Umsetzung und ist von Beginn an leitend für die Entwicklung der Bauteile. Mittels vereinfachter Lebenszyklusanalysen werden Entwurfsansätze eingeordnet und mit konventionellen funktionalen Äquivalenten verglichen. Die Bewertung umfasst drei gleichwertige Ebenen: Analyse der material-gebundenen Treibhausgasemissionen (LCA), Regionalität und Transportemissionen sowie Zirkularität.

1. LCA-Ergebnisse

Als Indikator dient das Global Warming Poten­tial in kg CO₂e pro Quadratmeter Bauteil. Berücksichtigt wurden die Lebenszyklusphasen A1-A3 (Herstellung), B4 (Ersatz), sowie C3 und C4 (Abfallbehandlung und Deponierung), um den vollständigen Lebenszyklus des Materials abzubilden. Die akkumulierten Bilanzen der Bauteile ergeben eine Reduktion der materialgebundenen Treibhausgasemissionen von 77,1 Prozent gegenüber den konventionellen funktionalen Äquivalenten.

Diese enorme CO₂-Einsparung lässt sich noch weiter steigern: Je länger Holz verbaut bleibt und je häufiger es wiederverwendet wird, desto länger bleibt der Kohlenstoff gebunden. Besonders gilt das für unbehandelte, mechanisch gefügte Massivhölzer. Wächst der Wald schneller nach, als das verbaute Holz ausgetauscht wird, können Gebäude zu dauerhaften Kohlenstoffspeichern, und damit zu echten Kohlenstoffsenken werden.

2. Transportemissionen und Regionalität

Die Analyse zeigt, dass die transportbedingten Emissionen immer bauteilbezogen betrachtet werden müssen: Sie hängen von Rohdichte, Menge des Materials und Distanz ab, und lassen sich nicht auf einfache Faustregeln reduzieren.

Grundsätzlich lässt sich jedoch festhalten: Bei leichten Baustoffen wie Dämmmaterialien sowie bei punktuellem oder konstruktiv begrenztem Holzeinsatz spielen Transportemissionen im Verhältnis zur gesamten Lebenszyklusbilanz eine untergeordnete Rolle – so dass größere Transportdistanzen also unter gewissen Rahmenbedingungen ökologisch vertretbar sind. Bei schweren mineralischen Baustoffen in monolithischen Bauweisen, wie dem Lehmsteinmauerwerk, stellen Transportemissionen einen zentralen Einflussfaktor dar: Kurze Transportwege, z. B. durch die Nutzung lokalen Aushubmaterials, sind hier ein wesentlicher Hebel, um Emissionen zu mindern.

3. Zirkularität

Die Bewertung auf Grundlage des DGNB-­Gebäuderessourcenpasses (orientiert an ISO 20887:2020 und den Indikatoren des europäischen Referenzrahmens Level(s)) zeigt, dass die entwickelten Bauteile eine deutlich höhere Zirkularität aufweisen als konventionelle Konstruktionen. Ausschlaggebend sind der hohe Anteil nachwachsender Rohstoffe, der Einsatz von Re-Use- und RC-Materialien sowie reversible Konstruktionsprinzipien. Einfache lösbare Verbindungen und der weitgehende Verzicht auf Verbundsysteme können zerstörungsarm demontiert werden. Lehm- und Holzbaustoffe ermögliche zudem werkstoffliche Wiederverwendung ohne Qualitätsminderung.

Lehm wird innerhalb der Bewertungssystematik formal als nicht-erneuerbarer Primärrohstoff klassifiziert. Dies führt zu einer Abwertung der Bauteile, obwohl ihre Umweltwirkung als insgesamt gering einzustufen ist. Die Bewertung ändert sich grundlegend, wenn der Lehm aus lokalen Abfallströmen statt aus Tongruben gewonnen wird.

Umsetzung im Bauprojekt

Der Einbau der Bauteile unter Baustellenbedingungen ist ein weiterer Erkenntnisschritt im Entwicklungsprozess. Vorgefertigte und teilvorgefertigte Elemente wurden vor Ort montiert und gefügt. Dabei zeigte sich, wie eng Entwurf, Produktion und Ausführung tatsächlich ineinandergreifen müssen – und wo Pionierprojekte unweigerlich Lernkurven mit sich bringen.

Nach Abschluss der Umsetzungsphase erfüllen alle fünf Bauteile ihre konstruktiven Funktionen. Keines der Bauteile weicht in seiner Ausführung von den gesetzlichen Vorgaben ab. Das Gebäude ist experimenteller Demonstrator und gebaute Referenz – und damit Ausgangspunkt für den breiten Wissenstransfer in Planung, Handwerk und Ausbildung.

Bauforschung: Belastbare Daten vs. Vorurteile

Die Bauforschung ist als langfristiges Monitoring über die Projektlaufzeit hinaus angelegt, da viele Effekte erst über vollständige Jahreszyklen aussagekräftig sind. Nur so entsteht eine belastbare Datengrundlage für die Weiterentwicklung naturbasierter Bauweisen in Planung, Ausführung und Forschung.

Im Fokus stehen dabei Fragen, die für die regenerative Bau- und Planungspraxis besonders relevant sind: Bleiben außenliegende Holzbauteile wie Bodenplatte und Gebäudeabschlusswand trotz wechselnder Feuchte- und Klimabedingungen dauerhaft im unkritischen Bereich? Wie verhalten sich Lehmbauteile hinsichtlich Feuchtepufferung, thermischer Speicherfähigkeit und Innenraumkomfort? Welchen Einfluss haben Holz- und Lehmoberflächen auf Raumluftqualität, VOC-Konzentrationen und hygrothermisches Raumklima? Und in welchem Verhältnis stehen Energieeinsparungen im Betreib zu den materialbezogenen Treibhausgasemissionen der Konstruktion?

Fazit und Ausblick

Der Holz-Lehmbau Campus Berlin macht deutlich, dass die Transformation des Bauwesens nur im Zusammenspiel von Planung, Materialwahl, Wertschöpfungsketten und Bauprozessen möglich ist. Die entwickelten Bauweisen sind realisierbar, erfordern jedoch die enge Abstimmung zwischen allen Beteiligten – und die Bereitschaft, Lernerfahrungen als Teil eines schrittweisen Prozesses zu verstehen. Viele Hemmnisse liegen weniger in der technischen oder materialbezogenen Machbarkeit als in regulatorischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen wie fehlenden Normen, begrenzter Produktverfügbarkeit und ­eingefahrenen Bauprozessen. Diese Grenzen markieren das Innovationsfeld, das als nächstes bearbeitet werden muss.

Das Projekt versteht sich als Teil der Bauwende. Die Baustelle als Reallabor ist Ort der Erkenntnis – und Ausgangspunkt einer Baupraxis, die sich innerhalb planetarer Grenzen neu organisiert.