Baumaterialien & Green Buildings Green Building | Bachelor Wintersemester 2016

Stundenplan 15.11 15:45-17:15 Überblick zur Lehrveranstaltung 22.11 15:45-17:15 Green Buildings 29.11 15:45-17:15 Innovative Baumaterialien 06.12 14:45-17:15 Ökologische Baustoffwahl 13.12 15:45-17:15 Lebenszyklus 10.01 15:45-17:15 Beispiele 17.01. 14:45-16:30 Schriftliche Prüfung

Ökologische Bewertung untersucht wird die Wechselbeziehungen zwischen Bauvorhaben (Baustoff, Bauprozess, Gebäude,…) und Umwelt (Natur und Mensch) über den gesamten Lebenszyklus unter Berücksichtigung seiner Funktion.

Untersuchungsparameter in der Bauökologie Prozess Inputs Ressourcen Emissionen (Stoffe, Lärm, Wärme) Outputs Transformation des Ökosystems Einflüsse lokal und global

Untersuchungsparameter in der Bauökologie Emissionen (Luft-, Wasser und Bodenverunreinigungen, Abwärme, Abfälle, Lärm) … „Outputs“ in der Ökobilanz Energie-, Ressourcen- und Flächenbedarf … „Inputs“ in der Ökobilanz, Flächen meist nicht berücksichtigt Ökosysteme, Tier- und Pflanzenwelt … Bewertung sehr komplex! (Gesundes Wohnen | Arbeiten | Nutzen ermöglichen) … wird in der aktuellen Normung (CEN/TC 350) zu „Sozialen Aspekten“ gezählt.

3 Prinzipien bei der ökologischen Bewertung von Baustoffen

I) Ökologie steht in Wechselwirkung mit Funktionstüchtigkeit, ökonomischen und sozialen Zielen

II) Vorsorgeprinzip - Vermeidung problematischer Inhaltsstoffe wie z.B: Klimaschädigende Stoffe (HFCKW, HFKW, SF6) Polyvinylchlorid (PVC) und andere halogenorganische Verbindungen Lösemittel, Weichmacher, Biozide KMR-Stoffe (krebserzeugend, mutagen und reproduktionstoxisch) Weitere gesundheitsschädliche Stoffe (z.B. H331 Giftig bei Einatmen) Schwermetallverbindungen

III) Lebenszyklus Bauwerk

III) Lebenszyklus Baustoffe Rohstoff- gewinnung Herstellung Einbau Nutzung Rückbau Entsorgung Recycling Transporte

Leitbild der IG Lebenszyklus Bau: „Wer nachhaltig bauen und betreiben will, muss bei den Prozessen beginnen“ Lebenszyklus-Orientierung beginnt bei der Zusammenführung von Prozessen zwischen allen beteiligten Bereichen. Dies setzt einerseits eine neue Bestellqualität des Bauherren und andererseits neue Organisationsformen und ein kompetentes Monitoring voraus, das auf die Gesamtoptimierung im Sinne des Lebenszyklus bedacht nimmt. Die IG LEBENSZYKLUS BAU führt alle Verantwortungsbereiche – wie Entwicklung, Planung, Finanzierung, Realisierung und Bestellqualität – vom Erhalt bis zur Bewirtschaftung zusammen und minimiert die sonst typischen Reibungsverluste. Der Lösungsansatz verschafft allen Beteiligten eine Qualitäts- wie auch eine Kostensicherheit und agiert partnerschaftlich, nutzungsorientiert, ökologisch und lebenszyklus-optimiert. Durch neue Konstellationen und Kooperationen aller Beteiligten im Lebenszyklus von Bauwerken in Verbindung mit neuen Beschaffungsmodellen werden innovative und nachhaltige Lösungen gefördert. https://www.youtube.com/watch?v=BvajxjeStvA&feature=youtu.be

http://www.ig-lebenszyklus.at/aktuelles/best-practice.html

Lebenszyklus Baustoffe Rohstoff- gewinnung Herstellung Einbau Nutzung Rückbau Entsorgung Recycling Transporte

Systemgrenzen nach ÖNORM EN 15804 ÖNORM EN 15804 Nachhaltigkeit von Bauwerken – Umweltdeklarationen für Produkte – Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukt 14

Rohstoffgewinnung (A1)

Stoffflüsse im Bauwesen Güter Menge in Mio Tonnen Sand, Kies, Schotter 70,0 Steine für Brecher und Mahlprodukte 40,0 Gips und Anhydrit 0,96 Tone 2,76 Magnesit 0,83 Mineralische Baumaterialien 113 Holz 2 Eisenmetalle, Alu-Bauteile 0,86 Baukunststoffe 0,25 Bitumen 0,5 Restliche 1,3 Baumaterialien 118 Bewegter Boden 177 Quellen: s. nächste Folie ab hier: Stark et al: Bauwerk Österreich, 2003 16

Mineralische Rohstoffe Primärrohstoffe 113 Mio t Recycling 3,7 Mio t Post consumer Abfall Deponie 1.3 Mio t Quellen: Geologische Bundesanstalt (GBA) für die Jahre 1995-1999 + BAWP 2008

Mineralische Rohstoffe Energieeinsatz Lokale Umwelt-wirkungen Verfügbarkeit Naturschutz Mineralische Rohstoffe Massivbaustoffe bestehen aus mineralischen Rohstoffen wie Kalk, Gips, Kies, Sand und Ton. Gering, energieaufwendig sind erst die Aufbereitungsschritte wie Mahlen, Brennen, Polieren oder Schleifen. Mögliche Maßnahmen: Lärm- und Staubemissionen Sturzschacht Anrainerbelastung durch LKW-Transporte Bandförderung Endlichkeit der Ressourcen unterschiedlich je nach Region und Rohstoff; Rohstoffabbau muss daher auf eine möglichst langfristige Nutzung ausgerichtet werden; Ersatz durch Sekundärrohstoffe Der Eingriff in den Naturhaushalt soll so gering wie möglich gehalten werden: sparsamer Flächenverbrauch und möglichst vollständige Ausbeute der Rohstoffvorkommen, soweit nicht öffentliche Belange, wie jene der Wasserwirtschaft, der Land- und Forstwirtschaft oder des Naturschutzes und der Landschaftspflege dem entgegenstehen.

Kies- und Sandabbau Häufig im Nassabbau gewonnen: Verschmutzungsgefahr (schützende Deckschicht über dem Grundwasser wird vollkommen entfernt, durch Anschneiden des Grundwassers entsteht ein Baggersee. Durch die freigelegte Grundwasseroberfläche können Verunreinigungen aus der Luft oder durch den Abbaubetrieb (Treibstoff, Öl) ungehindert in das Grundwasser gelangen. Oft wird das Grundwasser abgesenkt.) Eingriffe können teilweise nicht wieder rückgängig gemacht werden. Es können aber gerade auch durch offene Wasserflächen hochwertige Biotope entstehen. Grundsätzlich ist der Nassabbau so weit wie möglich zu beschränken: Im Besonderen in ökologisch empfindlichen Teilräumen von Flussniederungen

Naturgipsabbau Naturschutzkonflikt im Südharz Südharz: in Europa einmalige Gipskarstlandschaften mit besonderer Fauna und Flora, Interessenkonflikt zwischen Landschaftsschutz und Abbau von mineralischen Rohstoffen insbesondere Gips und Anhydrit. Pflanzen im Südharz - Links: Hirschzungenfarn auf Gipsfels, Mitte Felsenschaumkresse oben und Südharz-Brillenschötchen unten, Rechts: Ebensträußiges Gipskraut Quelle: Landesverbands Bürgerinitiativen Umweltschutz (LBU) Niedersachsen e.V.

Rekultivierung - Renaturierung Rekultivierung: Herrichtung und Wiedernutzbarmachung von Abbauflächen, Deponien oder sonstiger zerstörter Landschaftsteile für die Land- und Forstwirtschaft. Abbauflächen werden in der Regel mit Abraum ganz oder teilweise verfüllt, Rohboden aufgebracht und bepflanzt Renaturierung: Wiederherstellung von naturnahen Lebensräumen an vom Menschen bewirtschafteten oder veränderten Standorten. Besiedelung mit heimischen Pflanzen und Tieren Ziel ist vielfältige Lebensgemeinschaft entwickeln Die größte Schwierigkeit liegt meist darin, dass die Böden stark verdichtet und oft mit Chemikalien, Schwermetallen oder Öl verseucht sind. Rekultivierung Bergbaulandschaft Gipsabbau Kranichstein (Harz) nicht rekultivierbar

Viele seltene Pflanzen- und Tierarten wie z.B. Orchideen, Neuntöter, Flussregenpfeifer und Kreuzkröte trifft man in renaturierten Steinbrüchen an. Biodiversität Forschungsprojekt des WWF zur Erfassung der Biodiversität in verschiedenen ehemaligen Abbaubereichen eines großen Steinbruchs hat ergeben, dass die Artenvielfalt im stillgelegten Steinbruchbereich durchaus höher sein kann als in der nicht vom Steinbruch berührten natürlichen Umgebung. Starke Eingriffe in Wasserhaushalt, Boden, Vegetation und Tierwelt, allerdings: - viele können mittel- bis langfristig wieder ausgeglichen werden - müssen nicht zwangsläufig zum Schaden für die Artenvielfalt sein, z.B. Abbaugebiete häufig Rückzuggebiet für Arten, die auf unbewachsene oder nur spärlich bewachsene Flächen oder auf Wasserflächen angewiesen sind. Naturschutzwert abhängig von Art der Folgenutzung: - z.B. Baggerseen geringe Bedeutung für den Arten- und Biotopschutz - Heute oft Folgenutzungen hochwertiger als Vornutzung

Kunststoffe Kunststoffe sind künstlich, durch chemische Umsetzungen erzeugte makromolekulare organische Stoffe. Die Herstellung erfolgt durch Verknüpfung kleiner Moleküle (den Monomeren) zu Makromolekülen (den Polymeren) oder durch Abwandlung makromolekularer Naturstoffe (z. B. Eiweiß, Zellulose, Naturkautschuk und Naturharze).

Rohstoffe Rohstoffe für Kunststoffe sind: Fossile Rohstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) Naturstoffe  Biokunststoffe* (z.B. Spritzguss aus Celluloseacetat) Quarz  Silikone *) Biopolymere = natürlich vorkommende Polymere wie Zellulose zählen nicht zu den Kunststoffen

Erdölverbrauch Über 90 % der organischen Chemie-produkte haben ihren Ursprung in Mineralölerzeugnissen. Der Anteil der Chemie- und Kunststoffindustrie lag 2010 bei acht Prozent. Davon entfielen 1,5 Prozent auf Kunststoffverpackungen. 21,2 % 5,2 % 10,9 %

Petrochemie - wichtigste Produktlinien Polyethylen Rücklauf in Ottokraftstoff Ethylen Ethylenoxid Ethanol Olefinanlage (Steamcracker) Naphtha (Rohbenzin) Polypropylen Propylen Propylenoxid Cracken = Zerlegen in kleinere Moleküle) Acrylnitril Pyrolysebenzin C4-Gemische Butadien Polystyrol Benzol Nylon (Schwerbenzin) Aromaten- anlage Toluol Reformatbenzin Polyurethane Polyester Xylol Rücklauf in Ottokraftstoff Alkydharze Synthesegas-anlage Methanol Destillationsrückstand, Naphtha oder Erdgas Synthesegase Ammoniak Rohmaterialien Anlagen Primärchemikalien Zwischenchemikalien

Umweltverschmutzung Erdöl Kunststoffe Nachhaltige Baukonstruktionen H. Mötzl

Biogene Rohstoffe ... wie Holz haben den ökologischen Vorteil, dass sie erneuerbar sind und während ihres Wachstums CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen, das während der Bauholznutzung gespeichert bleibt. erneuerbar CO2 Speicherung

Holznutzung in Österreich http://www.wald-in-oesterreich.at/stoffliche-holznutzung-und-bioenergie-ergaenzen-sich/?context=CS%2311%231%234547

Wälder erfüllen vielfältige Funktionen Rohstofffunktion (Holz/ Nichtholzprodukte) Arbeitsfunktion Einkommensfunktion Flächenfunktion Erholungsfunktion umfassende ökologische Funktionen (Klima-, Boden-, Wasser-, Immissions-, Lärm- und Sichtschutz) Schutzfunktion (Arten- und Biotopschutz)

Regenwälder Sehr komplexes Ökosystem: sehr schneller Kreislauf keine dicke Humusschicht Daher sind unsere forstwirtschaftlichen Methoden nicht übertragbar! Zerstörung der Regenwälder führt zu: Veränderung des Wasserhaushalts, Erosionen Zerstörung von Lebensräumen Ausrottung von Arten Treibhauseffekt (ca. 15 % Anteil) ca. 50 % des Regenwaldes ist bereits vernichtet

Vernichtung tropischer Wälder - Die Ursachen Kleinbäuerlicher Wanderfeldbau für Eigenbedarf agroindustrielle Landnutzung für Export extensive Viehbewirtschaftung Nutzung energetischer und mineralischer Rohstoffe Brennholzgewinnung Nutzholzeinschlag Holzindustrie nur zu ca. 10 % an der Regenwaldzerstörung Schuld. Die Rodungsarbeiten eröffnen aber die Wege für nachziehende Bauern. Die nachziehenden Bauern können sich nur kurzfristig an Erträgen freuen. Nach 1-2 Jahren sind die unfruchtbaren Böden ausgelaugt.

Nutzung von Tropenholz Die Pro-Argumente Regenwälder zum Großteil in Entwicklungsländer gelegen teilweise in Schuldenfalle gefangen wirtschaftlich von der Nutzung der Regenwälder abhängig Die Kontra-Argumente Die derzeitige Bewirtschaftung der Regenwälder bringt für die Bevölkerung keine oder höchstens kurzfristige Gewinne (Gewinne machen internationale Konzerne) Langfristig kann die Nutzung von Nicht-Tropenholzprodukten wie Früchte, Heilpflanzen, Öle, Gewürze, Honig, Rattan oder Kautschuk bis zu 10mal mehr ökonomischen Ertrag bringen. „Darf“ man Tropenholz einsetzen oder nicht?

Kontrollierte Gewinnung Heute ist man von einem totalen Boykott von Tropenhölzern abgekommen  kontrollierte Gewinnung FSC = Forest Stewardship Council internationale Anerkennung Unterstützung durch Umweltorganisationen wie WWF und Greenpeace

Primärwälder www.greenpeace.org/austria/de/News/Aktuelle-Meldungen/Urwalder-News/2014/Wilde-Walder-unter-Druck-/ weltweit größtes Urwaldgebiet in Russland (ca. 255 Mio. Hektar)

Produkt-Beispiele aus Holz aus Primärwäldern Gartenholz aus Teak oder anderen tropischen Edelhölzern Plantagenholz bedeutet nicht, dass keine Urwälder zerstört werden! Parkett und andere Holzfußböden aus Primärwäldern: Sibirische Lärche aus Russland, Jatobá und Sucupira aus dem Amazonasbecken, Iroko, Afrormosia, Wengé, Kambala und Panga-Panga aus dem Kongobecken sowie Merbau und Teak aus Südostasien. Bilderrahmen und Leisten aus Ramin: seltene Baumart der Tieflandregen-wälder Indonesiens, geschützt (CITES, Anhang II) Wegen Übernutzung kaum noch anzutreffen, letzte Refugien sind die Nationalparks. Ramin wird z.B. im Tanjung Puting National Park (Zentral Kalimantan, Lebensraum u.a. von rund 2.000 Orang-Utans) illegal geschlägert.

Herstellung (A3)

Produktion eines Kunststoffs am Beispiel EPS-Dämmstoff Inputs Outputs Rohöl in Wasser Rohöl, Erdgas Förderung Rohöl, Erdgas Raffination, Erzeugung Naphtha Erzeugung Ethylen, Benzol Erzeugung Ethylbenzol Erzeugung Styrol Polymerisation Schäumen Bohrchemikalien Wasser Störfallrisiko Flammschutz-mittel Abwasser VOC Pentan Benzol/Ethylen Stabilisatoren Toluol Katalysatoren Ethylbenzol, Styrol Strom Pentan Therm. Energie EPS-Dämmstoff

Produktion mineralischer Baustoff am Beispiel Glaswolle Mineralische Rohstoffe Energie bei 1350 °C Bindemittel

Materialfluss Bauholz Grafik: Richter R. und Sell J.: „Ökobilanzen von Baustoffen und Bauprodukten aus Holz“

Transporte (A4) und Einbau (A5)

Primärenergiebedarf eines Gebäudes (Mehrfamilienhaus in Holzmassivbauweise, Passivhausstandard) Living area PE non renewable, material PE renewable, material PE non renewable, process PE renewable, process Quelle: eigene Berechnungen im Rahmen von „ecoTimber“ (nationales Subprojekt zu €CO2, http://www.eco2wood.com/11, gefördert von „WoodWisdom-Net Research Programme“) Nachhaltige Baukonstruktionen H. Mötzl

Gesundheitliche Belastungen, z.B. Staubemissionen bei der Verarbeitung Das Einblasen von Dämm-stoffen ist eine staubige Angelegenheit. Anders als in diesem Bild ist daher ein Staubschutz unbedingt anzuraten. Nachhaltige Baukonstruktionen H. Mötzl

Nutzungsphase (B1-B7)

Technischen Lebensdauer Lebensdauer eines Baustoffs bzw. Bauteils, die als die Zeitspanne zwischen dem Einbau und dem Erreichen bzw. Überschreiten der Grenzanforderungen an die technischen Nutzungsvoraussetzungen definiert wird (ISO 15686-1). Legende X technische Lebensdauer Y technische und funktionale Qualität 1 Ausgangsqualität 2 Durchschnittsqualität 3 Minimale Qualität 4 Instandhaltung / Reparatur 5 Instandhaltung / Reparatur 45

Ökobilanz für Heizung / Warmwasser versus materialbezogene Ökobilanz Bei einem Passivhaus liegen die die Belastungen aus der Beheizung in der gleichen Größenordnung wie die Belastungen für Herstellung und Entsorgung der Materialien. Beí Gebäuden mit niedrigerem energetischen Standard über-wiegt dagegen die Beheizung. Beispiel Einfamilienhaus , Bauj 1999 Heizwärmebedarf: Art 15 … 140 kWh/m2/a NEH… 70 kWh/m2/a Quelle: Ökologie der Dämmstoffe Nachhaltige Baukonstruktionen H. Mötzl

Entsorgungsphase (C1-C4)

Entsorgungskaskade Wiederverwendung Weiterverwendung Recycling Stoffliche Verwertung Stoffliche Aufbereitung (Kompostierung / MBA) Verbrennung Beseitigung Deponierung

Trennbarkeit nicht verbunden (geklemmt, schwimmend) mechanisch, zerstörungsfrei trennbar Die Trennbarkeit ist bes. wichtig bei Materialverbund organisch – anorganisch – metallisch. mechanisch, nicht zerstörungsfrei trennbar Teilweise verklebt, trennbar Vollflächig verklebt

Wiederverwendung Wiederverwendung = erneute Verwendung für denselben Einsatzzweck (z.B. Fenster wird aus- und wieder eingebaut) Wiederaufbau Hartl Haus. Quelle: http://www.ibo.at/documents/musterhaus_.pdf

Weiterverwendung Weiterverwendung = Verwendung für einen anderen Einsatzzweck (z.B. Paletten oder PET-Flaschen als Wandbaustoff) Bilder aus Subprojekt 2 „bauen mit recycros“ zum Leitprojekt gugler! build&print triple zero. H. Mötzl, U. Schneider et al. 2010

Stoffliche Verwertung Recycling / Stoffliche Verwertung = definierte Abfallstoffströme oder Teile davon werden aufbereitet, um daraus wieder vermarktungsfähige Sekundärrohstoffe zu gewinnen (z.B. Metalle) Downcycling = Recycling zu minderwertigen Produkten Upcycling = Recycling zu höherwertigen Produkten

Abfallverbrennung - Verwertung Bei der thermischen Verwertung steht die Energiegewinnung sowie Energienutzung definierter Stoffe oder Stoffgruppen im Vordergrund (unmittelbarer Einsatz der Abfälle als Ersatz konventioneller Brennstoffe, wobei die stoffliche Zerstörung oder Fixierung von Schadstoffen eine untergeordnete Rolle spielt). http://www.abfallwirtschaft.steiermark.at/cms/beitrag/10009928/4336040/ Beispiel: Schadstofffreies Altholz kann in Mitverbrennungsanlagen wie Brennholz verbrannt werden.

Abfallverbrennung - Beseitigung Die thermische Behandlung ist darauf ausgerichtet, die Endlagerungsfähigkeit von Abfällen sicherzustellen und eine Mengen- oder Massenreduktion sowie den Abbau der organischen Substanzen zu erreichen. Abfallverbrennungsanlagen sind in Richtung einer Schadstoffreduktion bzw. Immobilisation optimiert; lediglich der verbleibende Rest an Energie kann für die Nutzung herangezogen werden. Diese Energienutzung stellt einen günstigen Nebeneffekt dar. http://www.abfallwirtschaft.steiermark.at/cms/beitrag/10009928/4336040/ Beispiel: Der hohe Chlorgehalt von Polyvinylchlorid (PVC) verursacht hohe Aufwände bei der Abfallverbrennung und einen niedrigen Heizwert. Bei der Verbrennung von PVC steht daher die Beseitigung im Vordergrund.

Deponieklassen 1. Bodenaushubdeponie; 2. Inertabfalldeponie - nur 13 in Österreich (BAWP 2011) 3. Deponie für nicht gefährliche Abfälle: a) Baurestmassendeponie – 90 in Österreich (BAWP 2011) , b) Reststoffdeponie, c) Massenabfalldeponie - 40 in Österreich (BAWP 2011) 4. Deponie für gefährliche Abfälle (nur als Untertagedeponie)

Deponierung  energetische Verwertung oder Aufbereitung Abfälle mit hohem organischen Anteil (> 5 Massenprozent) dürfen nicht mehr direkt deponiert werden  keine Deponierung von Kunststoff- und Holzabfällen  energetische Verwertung oder Aufbereitung Die Deponieverordnung sieht Ausnahmen für bestimmte Baumaterialien, die einen höheren organischen Anteil haben, vor z.B. für Mineralwolle, Holzwolle, Faserzement

Entsorgung von Kunststoffen Materialrecycling Thermische Verwertung Stoffliche Recycling Rohstoff-Recycling Makromoleküle bleiben unverändert Makromoleküle werden zerlegt Makromoleküle werden verbrannt Sortierte Kunststoffe Gemischte Kunststoffe Hydrolyse, Solvolyse Hydrierung, Gaserzeugung Re-granulate Fertig-produkte Monomer Gase, Öle Dampf, Strom

Lebenszykluskosten Berechnung