Circular Economy –eine Herausforderung für die Geotechnik

1. Hintergrund

Der Bedarf an Rohstoffen wächst ungebremst, eine Entkopplung von Wirtschaftsleistung und Ressourcenverbrauch ist bisher kaum gelungen. Schätzungen zufolge wird sich der weltweite Rohstoffkonsum in den nächsten 30 Jahren zumindest verdoppeln (1).

Dem Bausektor kommt, im Hinblick auf eine effiziente Ressourcennutzung, eine sehr wichtige Bedeutung zu. Allein in Deutschland werden jährlich ca. 550 Millionen Mg mineralische Naturstoffe abgebaut und zur Herstellung von neuen Baustoffen verwendet (2). Der damit verbundene Landverbrauch liegt bei etwa 4 ha/d (= 14 Mio. m²/a). Durch die Gewinnung und Verarbeitung dieser Rohstoffe entstehen 37 % der CO₂ – und SO₂ -Emissionen, 18 % der NOx-Emissionen, 30 % des Energieverbrauchs der westl. Bundesländer und 75 % des Energieverbrauchs der Haushalte (11).

Auch wenn die mineralischen Stoffströme im Baubereich überwiegen, so ist dieser Sektor in Europa mit rd. 10 Millionen Mg/a auch für knapp 20 % des Kunststoffverbrauchs verantwortlich (3). Die Menge an verbrauchten Kunststoffen beträgt in Deutschland insgesamt ca. 12 Millionen Mg/a, von denen rd. 2,6 Millionen Mg/a im Bausektor eingesetzt werden (4). Die Verwendung von Kunststoffen im Baubereich ist dabei vielfältig:

• Polyvinylchlorid – u. a. Kunststoffrohre, Fensterrahmen, Bodenbeläge, Tapeten, Bedachung, Kabelummantelung,
• Polyethylen oder Polypropylen – u. a. Rohre, Hülsen, Kabelisolierung,
• Polystyrol oder Polyurethan – u. a. Isolierschäume zur Fassadendämmung,
• Polyamid oder Polyester – u. a. Geokunststoffen.

Der Hauptgrund für den Einsatz von Kunststoffen im Baubereich ist in der technischen Leistungsfähigkeit begründet. Mit steigenden Ansprüchen u. a. an die Verwendungsmöglichkeiten, Verarbeitung, Widerstandsfähigkeit, Dauerhaftigkeit, Belastbarkeit, Formbarkeit, Elastizität, Gestaltung, etc. haben Kunststoffe breiten Eingang in die Baubranche gefunden. Dabei kommen sowohl homogene Werkstoffe als auch Verbundstoffe aus mehreren Komponenten zum Einsatz.

Demgegenüber wächst in der Öffentlichkeit eine zunehmende Skepsis gegenüber Kunststoffwerkstoffen, da sie einerseits Stoffe enthalten können, die gesundheitlich oder in ihren Umweltwirkungen als bedenklich eingestuft werden (siehe z. B. Diskussion um den Flammhemmer HBCD in Wärmedämmverbundsystemen). Andererseits tragen zum Teil fehlende oder unzureichende Rückgewinnungsprozesse von Kunststoffen dazu bei, dass Bauprodukte bzw. darin enthaltene Rohstoffe langfristig verloren gehen oder Stoffe unkontrolliert in die Umwelt gelangen können.

2. Aufbau einer Kreislaufwirtschaft

In der im „Circular Economy Package“ der EU benannten Strategie formuliert die Europäische Kommission konzeptionelle Ideen für den nachhaltigen Umbau der europäischen Wirtschaft hin zu einer umfassenden Kreislaufwirtschaft (5). Diese geht über den bisher in der Abfallrahmenrichtlinie definierten Kreislaufwirtschaftsbegriff am Ende des Gebrauchs von Produkten deutlich hinaus.

Das von der EU-Kommission formulierte Modell der umfassenden Kreislaufwirtschaft oder „Circular Economy“ verlangt einen lebenszyklusorientierten Ansatz. Das bedeutet, dass die Fragen zur Rückgewinnung von Ressourcen bereits beim Produktdesign und der Auswahl der Werk- und Inhaltsstoffe sowie bei der Entwicklung von neuartigen Produktionsverfahren im Fokus stehen müssen. Dafür ist auch ein Umdenken bei der Definition von Nutzungsformen und Geschäftsmodellen (z. B. Produkt-Sharing und -Leasing) erforderlich.

Vor diesem Hintergrund hat die EU auch bei der Umgestaltung der 2018 in Kraft getretenen Abfallrahmenrichtlinie die Zielsetzung formuliert: die Abfallbewirtschaftung zu einer nachhaltigen Materialwirtschaft und zum Modell einer umfassenden Kreislaufwirtschaft umzugestalten, um hierdurch u. a. den Ressourcenverbrauch zu reduzieren, die Abhängigkeit der Union von Ressourceneinfuhren zu verringern und damit neue Chancen für die Wirtschaft sowie zur langfristigen Wettbewerbsfähigkeit zu schaffen (6).

Auf nationaler Ebene wurden mit dem Kreislaufwirtschaftsgesetz und z. B. der Gewerbeabfallverordnung entsprechende Vorgaben formuliert, mit denen diese Zielsetzungen konkretisiert wurden.

In diesem Zusammenhang wird insbesondere auch der Baubereich adressiert, in dem das hochwertige Recycling von Bauprodukten als eine der großen Herausforderungen identifiziert wird. Stehen in diesem Zusammenhang zunächst die massemäßig relevanten mineralischen Fraktionen im Fokus, so wird auch den enthaltenen Kunststoffen, aufgrund der o. g. Sachverhalte, eine große Bedeutung zugewiesen (s. hierzu u. a. auch „Plastics Strategy – A European Strategy for Plastics in a Circular Economy“) (14).

3. Situation bei den Kunststoffabfällen im Baubereich

Der steigende Einsatz von Ressourcen (s. Kap. 1) führt dazu, dass immer mehr Rohstoffe in kurz- oder langlebigen Produkten gebunden sind und damit anthropogene Lager auf unterschiedlichen Ebenen geschaffen werden. Die Abbildung 1 zeigt, welche Mengen im Hoch- und Tiefbau im Beispieljahr 2010 im Baubereich eingesetzt wurden, welche Mengen aus dem System als Abfälle anfielen und welche Mengen im Lager verblieben sind.

Abb. 1: Stoffflüsse im Hoch- und Tiefbau im Jahr 2010 (7)

Schätzungen (7) ergaben, dass in Deutschland in Gebäuden, leitungsgebundener Infrastruktur, Haustechnik sowie Kapital- und Konsumgütern mittlerweile in Summe rd. 28,2 Milliarden Mg Material gebunden sind (s. Abb. 2). Pro Einwohner (E) betrachtet entspricht dies einer Menge von 341 Mg/E Material, darunter 318 Mg/E mineralische Materialien, 4,3/E Mg Metalle, vorrangig Stahl, sowie circa 100 Kilogramm/E Kupfer, 4,3 Mg/E Holz und 3 Mg/E Kunststoffe.

Abb. 2: Lagerbestand in Deutschland 2010 (7)

Rund 55 % der Lagermassen sind in Wohn- und Nichtwohngebäuden gebunden. Die übrigen 45 % finden sich im Tiefbau, der die Infrastrukturen für Verkehr, Trink- und Abwasser, Energie sowie Informations- und Kommunikationsnetze umfasst, wieder. Die Gruppe der Haustechnik und der Güter stellt nur einen Anteil von deutlich kleiner 1 % (7).

Auch im Bereich der Kunststoffe ist ein Lageraufbau in Deutschland pro Jahr um ca. 2 Millionen Mg neuer Kunststoffe zu verzeichnen. Verbunden damit sind wachsende Herausforderungen, insbesondere beim möglichst hochwertigen Recycling der anfallenden Materialien. Erschwert werden diese Maßnahmen durch die erheblichen Informationsdefizite über die verbauten Materialien. Trotz verschiedener Versuche, den Bauwerksbestand zu beschreiben, bestehen entsprechende Defizite vor allem in Hinblick auf das verbaute Material, die Menge, aber auch die Art des Einbaus der Kunststoffe.

Die rd. 0,5 Millionen Mg Kunststoffabfälle aus dem Baubereich (Stand 2016) setzten sich sowohl aus großen Bauteilen (z. B. Kunststofffenster) BMT auch aus kleinen Bauteilen (z. B. Kunststoffdübel) zusammen. Die Kunststoffe sind oftmals mit hohen Anteilen an Mineralik verunreinigt, was die werkstoffliche Verwertung erheblich erschwert. So wurden in Deutschland im Jahr 2016 nur 27,7% der Kunststoffabfälle aus dem Baubereich recycelt, 69,9 % energetisch verwertet und 2,4% auf Deponien entsorgt (4).

Auch durch die zunehmende Verwendung multifunktionaler Bau- und Werkstoffe, gestalten sich der Rückbau und die Rückgewinnung (hochwertiger) Sekundärrohstoffe aus Kunststoff für die Rückbau- und Recyclingunternehmen immer schwieriger und sind für die Unternehmen häufig nicht wirtschaftlich. Die strukturelle Komplexität dieser Verbundwerkstoffe stellen eine große Herausforderung für die Materialkreisläufe dar, da für diese Produkte noch keine Kreislaufwirtschaftstechnologien existieren.

Das in Deutschland geltende Deponierungsverbot sowie die auch mittel- und langfristig nur begrenzt verfügbaren MVA-Kapazitäten für diese Stoffströme grenzen die Entsorgungsoptionen weiter deutlich ein.

Speziell bei Geokunststoffen erfolgt zurzeit ein Rückbau der Konstruktionen auf Grund der langen Lebensdauer bisher nur in Einzelfällen oder bei temporären Konstruktionen. Mittelfristig wird jedoch auch hier die Erneuerung oder eine Veränderung entsprechend hergestellter Konstruktionen erforderlich werden. Aufgrund der wirtschaftlichen und bautechnischen Vorteile von Geokunststoffkonstruktionen ist zukünftig auch ein verstärkter Einsatz temporärer Konstruktionen, insbesondere von Stützkonstruktionen mit Geogitterbewehrung, zu erwarten. In beiden Fällen ist der im Boden eingebaute Kunststoff zu entnehmen. Bisher liegen keine umfassenden und ausgereiften Konzepte für einen Rückbau solcher Konstruktionen und dem weiteren Umgang mit den dann ausgebauten Materialien vor. Eine Verwendung des ausgebauten Geokunststoffmaterials im Rahmen einer Weiterverwertung ist derzeit noch nicht vorgesehen und für bestimmte Produktgruppen auch nicht möglich.

4. Hemmnisse und Herausforderungen für eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft im Bauwesen

Bau- und Rückbaumaßnahmen sind dadurch gekennzeichnet, dass oft eine Vielzahl unterschiedlicher und verantwortlicher Akteure der verschiedenen Handlungsebenen (Planer, Bauunternehmen, Baustoffproduzenten, Rückbauunternehmen) mit unterschiedlichem Aufgabenumfang und -tiefe (z. B. Generalunternehmer oder Teilgewerk) eingebunden sind.

Die bislang unzureichende Berücksichtigung des Recyclinggedankens bei der Planung von Bauwerken ergibt sich für die einzelnen Handlungsebenen aus den Tabelle 1 dargestellten Sachverhalten.

Tabelle 1: Recyclinghemmnisse auf den verschiedenen Handlungsebenen bei Bau- und Rückbaumaßnahmen (13)

Die Akteure auf den unterschiedlichen Handlungsebenen sind zwar bemüht Lösungsansätze zu entwickeln, es handelt sich hierbei jedoch um Einzelaktivitäten, z. B. der europäischen Gipsindustrie mit dem 2013 gestarteten Vorhaben „Gypsum to Gypsum“ – From production to recycling“ (9) oder das für Aluminium von Systemanbietern und Strangpresswerken von Bauprofilen angebotene Rücknahmesystem (10). Solche Einzelansätze haben im Hinblick auf die Ressourcenproduktivität eines Gesamtbauwerks aber kaum eine Wirkung.

5. Ansätze für eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft im Bauwesen

Rückbaufähig geplante Bauwerke besitzen im Schadens- oder Sanierungsfall eine deutlich bessere Reparaturfreundlichkeit und ermöglichen beim Abbruch, durch Reduzierung der in MVA bzw. auf Deponien zu entsorgenden Abfallmengen, eine effektivere Sekundärrohstoffnutzung und daraus resultierend eine wesentlich höhere Ressourceneffizienz.

Hierzu bedarf es an Planungswerkzeugen, die eine entsprechende Bewertung ermöglichen. Mit diesen sollten Konstruktionen hinsichtlich der Stoffauswahl sowie des Aufwandes beim Rückbau objektiv, d. h. anhand von klar definierten Kriterien, beurteilt und gängige, unlösbare (z. B. verklebte) Verbindungen lösbaren und somit zukunftsweisenden Alternativen gegenübergestellt werden. Diese Werkzeuge sind so auszugestalten, dass sie in die bestehenden Methoden und Planungshilfen des nachhaltigen Bauens integriert werden können. Umweltprodukt deklarationen (EPD´s) können hier einen ersten Ansatz darstellen.

Um eine weitergehende Anwendung auf der planenden Ebene zu erreichen, sollten die entwickelten Kriterien in ingenieurgerechte, praxisnahe Übersichten einfließen, in denen qualitative Bewertungen der Rückbaufreundlichkeit, der Recyclingfähigkeit und der gewonnenen Stoffströme von aktuellen Detailplanungen ablesbar werden.

Vergleichbare Bauteilkataloge (in denen eine umfassende Berücksichtigung des Aspektes der Rückbauplanung aber bisher fehlt) haben sich im Hochbau bewährt. In der Anwendung sind entsprechende Werkzeuge geeignet, die Ergebnisse objektbezogen in einen (digitalen) Bauwerkspass (Stichwort BIM) zu überführen, um diesen dann zu einem späteren Zeitpunkt als Planungsgrundlage für Rückbau- und Instandhaltungsmaßnahmen verwenden zu können.

Im Zertifizierungssystem der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) und dem Bewertungssystem Nach haltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB) des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat, (BMI), hat die Rückbaufähigkeiten der Konstruktionen und die Trennbarkeit der Materialien einen direkten Einfluss auf die Einstufung der technischen Qualität eines Bauwerks. Mit der Systemversion 2015 für Nachhaltiges Bauen des DGNB werden Indikatoren zur Bewertung der Rückbaubarkeit eingeführt, für die in dem zugehörigen Berechnungstool bewertete Standardbauteile hinterlegt sind.

In der Systemversion von 2018 berücksichtigt der Steckbrief Tec 1.6 „Rückbau- und Recyclingfreundlichkeit“ u. a. auch die Abfallhierarchie nach dem Kreislaufwirtschaftsgesetz und die Trennbarkeit von Bauteilen. Allerdings werden die beiden Indikatoren nicht zusammengeführt. Da weiterhin standardisierte Bewertungskriterien fehlen, bleibt die Bewertung von der subjektiven Einschätzung der Auditoren abhängig. Die Rückbaukosten bzw. die Höhe der Entsorgungskosten werden in den Lebenszykluskosten zwar mitbetrachtet, diese werden aber lediglich als ökonomisches und nicht als technisches Kriterium berücksichtigt (15). Vergleichbare Ideen für den Tiefbau fehlen bislang, sind aber auch für diesen Sektor durchaus denkbar.

Ein weiterer Ansatz in diesem Zusammenhang ist die Einführung eines obligatorischen Rückbaukonzeptes (inkl. einer Kostenabschätzung), welches bereits in der Planungs- bzw. Bauphase vorgelegt werden sollte (13). Zu diesem Zeitpunkt liegen alle wesentlichen Informationen, wie z. B. Baupläne, Konstruktionszeichnungen und Stücklisten, vor. Es können damit alle relevanten Daten der tatsächlich verbauten Stoffe miterfasst werden. Des Weiteren schafft die parallel zur Planung erfolgende Erstellung eines Rückbaukonzeptes Anreize zur Entwicklung recyclingfreundlicher Konstruktionen.

Um die Nutzungsintensität bzw. Ressourceneffizienz der eingesetzten Materialien zu erhöhen, können neben genannten technischen Modifikationen auch statt des Erwerbs von Bauprodukten die Dienstleistungen durch den Baustoffproduzenten ein Lösungsansatz sein. Dabei übernimmt der Hersteller für den gesamten Lebenszyklus die Verantwortung für seine Produkte. Voraussetzung für ein funktionsfähiges, ressourceneffizientes Geschäftsmodell ist das Zusammenspiel aus technischem Kreislauf (Produktdesign, Produktion, Einbau, Nutzung, Instandhaltung, Rückbau, Verwertungsoptionen) in einem unterstützenden rechtlichen sowie kaufmännischen Rahmen.

6. Fazit

Der stärkere gesellschaftliche und rechtliche Fokus auf den Ressourceneinsatz und -verbrauch sowie steigende (gesetzliche) Anforderungen, z. B. in Form von Recyclingquoten, und das Unterbinden unkontrollierter Freisetzung in die Umwelt, erfordert auch für Bauwerke mit Geokunststoffen frühzeitige Überlegungen zum ressourceneffizienten Planen, Bauen, Betreiben und Rückbauen sowie des Recyclings der eingesetzten Materialien. Herausforderungen sind hierbei ressourcenschonende Produktionsprozesse zu entwickeln sowie über den Lebenszyklus Produktverantwortung zu übernehmen und auch die Daten zu den Materialien und Verbindungen vorzuhalten.

Abb. 3: Zukünftiger Lebenszyklus von Geokunststoffen

Hierfür ist eine lebenszyklusorientierte Betrachtung der entsprechenden Bauwerke und Geokunststoffprodukte erforderlich, um insbesondere die qualitativen Veränderungsprozesse aus der Nutzungsdauer als auch die Einflüsse aus den Rückbauprozessen zu berücksichtigen, die maßgeblichen Einfluss auf die Qualität der Sekundärrohstoffe haben. Ein Bewertungssystem angelehnt an die Systeme des DGNB bzw. BNB könnte auch für den Tiefbau entwickelt werden. Neben den technischen Lösungsansätzen ist aber auch die Schaffung kaufmännischer und rechtlicher Rahmenbedingungen notwendig. So sind Überlegungen zu zukünftigen Geschäftsmodellen anzustellen und dabei z. B. Fragen zum Eigentum und der Gewährleistungen zu klären.

Literatur

1. Faulstich, M., Mocker, M., Franke, M., Stenzel, F. (2009): Von der Abfallwirtschaft zur Ressourcenwirtschaft, in Flamme et al. (Hrsg., 2009), 11. Münsteraner Abfallwirt schaftstage, Band 13, Münster 2009 (S. 27 – 33)
2. bbs (2017): bbs-Zahlenspiegel 2017 Struktur- und Konjunkturdaten der Baustoff-, Steine-und-Erden-Industrie, https://www.baustoffindustrie.de, letzter Zugriff 20.01.2019
3. PlasticsEurope (2016), Plastics the Facts 2016, https://www.plasticseurope.org/application/files/4315/1310/4805/plastic-the-fact-2016.pdf letzter Zugriff 20.01.2019
4. Conversio (2018): Kurzfassung Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2017, https://www.bvse.de/images/news/Kunststoff/2018/181011_Kurzfassung_Stoffstrom bild_2017.pdf, letzter Zugriff 20.01.2019
5. EU Kommission (2014): Hin zu einer Kreislaufwirtschaft: Ein Null-Abfallprogramm für Europa“, Europäische Kommission 2014, https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/HTML/?uri=CELEX:52014DC0398& from=DE letzter Zugriff 10.01.2019
6. EU Kommission (2018): Richtlinie (EU) 2018/851 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 30. Mai 2018 zur Änderung der Richtlinie 2008/98/EG über Abfälle: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1530028986315&uri= CELEX:32018L0851 letzter Zugriff 20.01.2019
7. Schiller G., Ortlepp, R., Krauß, N., Steger, S., Schütz, H., Fernández, J., Reichenbach, J., Wagner, J., Baumann J. (2015): Kartierung des anthropogenen Lagers in Deutsch land zur Optimierung der Sekundärrohstoffwirtschaft; Herausgeber: Umweltbundesamt; Publikationen als pdf: http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/kartierung-des-anthropogenen-lagers-in-deutschland; Dessau-Roßlau, Oktober 2015
8. PlasticsEurope (2017): Plastics the facts 2017: https://www.plasticseurope.org/application/files/5715/1717/4180/Plastics_the_facts_2017_FINAL_for_website_one_page.pdf, letzter Zugriff 10.01.2019
9. GtoG (2019): URL: http://gypsumtogypsum.org/gtog/sustainability-in-recycling/, letzter Zugriff 10.01.2019
10. AIUIF (2016): Präsentation des AIUIF: URL: https://www.a-u-f.com/assets/images/downloads/2016-02%20AUF%20Pr%c3%a4sentation.pdf , letzter Zugriff 06.02.2019
11. Link, H. (2013): Interview mit Werner Sobek – Den Gesetzen der Physik und dem Wohle der Menschen dienen, Deutsches Ingenieurblatt, Ausgabe Juli/August 2013, S. 10 – 13
12. BMVBS (2019): Ökobau.dat im Informationsportal: Nachhaltiges Bauen des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung (BMVBS), https://oekobaudat.de/ Zugriff 20.01.2019
13. Rhode, C. (2015).: Potenziale zur Schonung von Ressourcen unter Betrachtung von internationalen Nachhaltigkeitszertifikaten im Hochbau; Bachelorarbeit im Fachbereich Bauingenieurwesen an der Fachhochschule Münster, Münster, 2015
14. EU Kommission (2018): Plastics Strategy – A European Strategy for Plastics in a Circular Economy: URL https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A52018DC0028, letzter Zugriff 10.01.2019
15. DGNB (2018): https://www.dgnb-system.de/de/system/version2018/kriterien/rueckbau-und-recyclingfreundlichkeit/, letzter Zugriff 10.01.2019