Grünere Bauprojekte durch nachhaltigere Baumaterialien

Der Klimawandel ist schon seit einiger Zeit ein zentrales Thema für die Baubranche. Kürzlich veröffentlichte Zahlen des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) sind jedoch eine deutliche Warnung: Die Branche ist nicht auf dem besten Weg, ihre Dekarbonisierungsziele für 2050 zu erreichen. Laut dem UNEP-Bericht über den globalen Status von Gebäuden und Bauwesen im Jahr 2022 war der Sektor im Jahr 2021 immer noch für rund 37 % der energie- und prozessbedingten CO₂-Emissionen verantwortlich.

Es ist klar, dass mehr getan werden muss. Zwar kann kein Ansatz allein eine vollständige Dekarbonisierung gewährleisten, doch müssen die Umweltauswirkungen neuer Bauprojekte bereits in einem sehr frühen Stadium bewertet werden, um den CO₂-Fußabdruck des Gebäudes über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg zu minimieren. Vor allem die Auswahl nachhaltiger Materialien, wo immer dies möglich ist, ist ein hervorragender Anfang. Durch eine frühzeitige Bewertung der Materialien im Planungsprozess können nachhaltigere Optionen festgelegt werden, die die CO₂-Emissionen während der Herstellung, des Baus und des Betriebs reduzieren. Dies geschieht in der Regel mithilfe einer Lebenszyklusanalyse (LCA).

Die Ökobilanz ist eine bewährte Methode zur Ermittlung der Umweltrisiken von Bauprodukten, Dienstleistungen und sogar Herstellungsprozessen. Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Optionen zu vergleichen und sicherzustellen, dass die nachhaltigste Lösung ausgewählt wird. Da die Entscheidungen, die in den frühen Phasen der Planung getroffen werden, mit die größten Auswirkungen auf die Umweltverträglichkeit eines Gebäudes haben, ist es von entscheidender Bedeutung, diese Bewertungsmethoden bereits zu Beginn eines Projekts anzuwenden.

Für die Ökobilanzierung stehen viele verschiedene Instrumente zur Verfügung, die jeweils einen unterschiedlichen Grad an Granularität und Komplexität aufweisen. Im Wesentlichen beziehen die Tools Umweltinformationen aus Datenbanken, die dann zur Berechnung der verschiedenen Umweltauswirkungen der Gebäudekomponenten während des gesamten Lebenszyklus des Bauwerks verwendet werden. Dies bietet eine einheitliche Grundlage für Planungsentscheidungen, die die Leistung des Gebäudes in allen Phasen optimieren können.

Während eine Ökobilanz den gesamten Lebenszyklus eines Materials berücksichtigt – von der Gewinnung über die Herstellung und Nutzung bis hin zur Entsorgung –, gibt es bei verschiedenen Materialien unterschiedliche Aspekte, die ihre Nachhaltigkeit beeinflussen. So wird beispielsweise Holz oft als umweltfreundlicher angesehen als Beton. Um den ökologischen Nutzen von Holz zu maximieren, muss es jedoch nachhaltig aus gut bewirtschafteten Wäldern gewonnen und optimal verwendetwerden, um seine Lebensdauer zu maximieren, und am Ende seiner Lebensdauer ordnungsgemäß entsorgt werden. Auch das Treibhauspotenzial von Bambus ist weitaus geringer als das traditioneller Baumaterialien wie Stahl und Beton, doch die Anbaumethoden und die Energieversorgung bei der Verarbeitung und Herstellung beeinflussen die Nachhaltigkeit erheblich.

Selbst bei traditionellen Baumaterialien gibt es Unterschiede. So kann beispielsweise die Umweltverträglichkeit von Beton durch Zusatzstoffe beeinflusst werden. Diese können die Lebensdauer des Betons verlängern oder die Verwendung von alternativen und recycelten Materialien ermöglichen, was den ökologischen Fußabdruck des Materials während seines Lebenszyklus verringern kann. Auch die Art des verwendeten Betons wirkt sich erheblich auf die Kohlenstoffemissionen aus, die das Material während seiner Lebensdauer erzeugt.

Ein Building Information Modeling (BIM)-Modell ist eine gute Grundlage für die Durchführung einer Ökobilanz. Da BIM-Modelle semantisch reichhaltig sind, sind viele der für die Durchführung einer LCA erforderlichen Informationen bereits im Modell enthalten. Wenn das Modell OPEN BIM-Formate wie IFC verwendet, erleichtert dies den Austausch von Informationen unter Verwendung standardisierter Darstellungen (einschließlich Elementtypen, Materialschichten und Eigenschaften). Das widerrum ermöglicht die Zuordnung von Elementen zu den entsprechenden Datensätzen in der gewünschten ökologischen Datenbank, um deren Umweltauswirkungen abzuschätzen.

Natürlich gibt es in einem frühen Entwurfsstadium zahlreiche Unsicherheiten, die noch geklärt werden müssen. Ein Ansatz zur Überwindung dieser Unwägbarkeiten könnte darin bestehen, Materialien eher allgemein als spezifisch zu spezifizieren – z. B. die Verwendung von „Beton“ anstelle der Angabe von Stärke und Art des Betons (z. B. C30). Dies kann bedeuten, dass eine genaue Ökobilanz in einer frühen Phase des Projekts, wenn die Optionen bewertet werden, schwieriger zu realisieren ist. Die Verwendung verschiedener Ansätze zur Verringerung der Unsicherheit hilft jedoch bei der Abschätzung der Auswirkungen der getroffenen Entscheidungen. Derzeit laufen Forschungsprojekte, die untersuchen, wie diese Herausforderung am besten angegangen werden kann, z. B. durch die Verwendung von Daten aus abgeschlossenen Projekten oder durch die Suche nach Möglichkeiten zur Anreicherung der BIM-Daten und der automatischen Zuordnung ihrer Elemente zu einem Ökobilanzprofil oder einer Datenbank. In dem Maße, wie sich diese Projekte entwickeln, werden die Bewertungen der Ökobilanz immer genauer werden.

Die Erstellung einer präzisen Ökobilanz ist eine komplexe Aufgabe, aber sie ist entscheidend, wenn die AEC/O-Industrie ihre Klimaziele erreichen will. Digitale Werkzeuge können die Bewertung erleichtern, und es werden ständig neue Methoden entwickelt, um den Prozess weiter zu rationalisieren.

So untersuchen Forscher beispielsweise, wie die Schalldämmung von Holzrahmen in einem früheren Stadium des Entwurfsprozesses verbessert werden kann. Normalerweise werden diese Analysen durchgeführt, wenn sich das Projekt bereits in der Detailplanung befindet. Das Problem dabei ist, dass diese Analysen Probleme aufzeigen können, die in der Regel teure und zeitaufwändige Änderungen erfordern. Durch die Verwendung von BIM-Modellen und IFC konnten die Forscher die Planung der Bauphysik, einschließlich der akustischen Analyse, in frühere Phasen verlagern, in denen sich Änderungen weniger auswirken.

Ein weiterer Entwicklungsbereich ist die Frage, wie die Genauigkeit der berechneten Umweltauswirkungen, z. B. des im Gebäude gebundenen CO₂ oder der Energieeffizienz eines Gebäudes, erhöht werden kann. Diese Berechnungen können zwar in einem frühen Stadium durchgeführt werden, ihre Genauigkeit wird jedoch dadurch beeinträchtigt, dass in diesem Stadium des Entwurfs oft noch viele Unsicherheiten bestehen. Die gefühlte „Vollständigkeit“ des BIM-Modells kann oft den Eindruck erwecken, dass der Entwurf schon weiter fortgeschritten ist, als er tatsächlich ist. So kann beispielsweise die Materialklassifizierung begrenzt und, der Ort oder die Funktion von Materialien unbekannt sein. Zudem können Mängel im Entscheidungsprozess bestehen, die den Entwurf behindern.

Um diese Probleme zu lösen, werden derzeit verschiedene Ansätze entwickelt und erprobt. Ein Ansatz zur Verbesserung der Berechnungen von CO2-Emissionen ist die Anreicherung der Informationen über den Lebenszyklus von Gebäuden, die dann die Bewertung einer großen Anzahl möglicher Materialkombinationen auf einmal ermöglicht. Anstelle von Einzelwerten für eine bestimmte Materialkombination wird also eine Summe von Ergebnissen angezeigt, aus denen hervorgeht, welche Gebäudeteile das größte Emissionsminderungspotenzial aufweisen.

Ein Team aus Forschenden hat eine Lösung entwickelt, die auf kausalen Schlussfolgerungen beruht. Damit sollen Designentscheidungen im Hinblick auf bessere Umweltergebnisse verbessern werden, wenn keine genauen Informationen über Materialien oder Ähnliches vorliegen. Mithilfe eines vierstufigen Prozesses wird ein Kausaldiagramm mit Eingriffsmöglichkeiten erstellt. Auf diese Weise wird eine Verbindung zwischen Fachwissen und datengesteuerten Methoden hergestellt, die es ermöglicht, Designentscheidungen zu bewerten und zu interpretieren.

In ähnlicher Weise hat die Technische Universität München einen Modellierungsprozess entwickelt, der Strategien der natürlichen Sprachverarbeitung (NLP) nutzt. Dieser ordnet Materialien in einem BIM-Modell automatisch einer Wissensdatenbank mit Umweltindikatoren zu, um Informationslücken in einer frühen Entwurfsphase zu schließen. Diese enthält alle fehlenden Informationen, die für eine genauere Ökobilanz erforderlich sind.

Während die Industrie um das Erreichen von Netto-Null wetteifert, ist es klar, dass digitale Werkzeuge ein Schlüsselinstrument für die Dekarbonisierung und die Erreichung der Klimaziele sind. Diese Projekte zeigen, dass es selbst in einem frühen Stadium möglich ist, fundiertere Entscheidungen zu treffen – für bessere Umweltergebnisse.