In der letzten Ausgabe der LINEAR aktuell widmeten wir uns im Artikel „Nachhaltig Bauen mit Cradle to Cradle” (hier kurz C2C) der Thematik, wie Gebäude und die verwendeten Materialien im Vorhinein nach dem C2C-Konzept kreislauffähig konzipiert werden können, um sie nach ihrer Nutzungsphase bestenfalls nahtlos wieder in den Verwertungskreislauf zurückzuführen. Ganz nach dem Leitfaden, Rohstoffe für die Nachwelt in Form von Gebäuden oder Gütern zu „speichern” und so zu verbauen, dass der Rückbau dieser wertvollen Materialien keine Schwierigkeit darstellt. So wären Gebäude als Rohstofflager für zukünftige Generationen zu interpretieren. Doch um diesen Transformationsprozess zur Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen, bedarf es eines Übergangszustands, der die Baubranche auf die Herausforderungen einer Kreislaufwirtschaft vorbereitet und sie ihr Schritt für Schritt näher bringt.
Urban Mining (direkt übersetzt „Städtischer Bergbau”) ist ein Prinzip, das genau diese Lücke schließt, erklärt Dirk Hebel, Architekt und Professor für Entwerfen und nachhaltiges Bauen am KIT (Karlsruher Institut für Technologie). Demnach sind bereits bestehende „Rohstoffminen” zu nutzen, z. B. in Form von Gebäuden. Diese „urbanen Minen” können abgebaut werden, um Sekundärrohstoffe für einen Neubau wieder aufzubereiten und verwenden zu können. Sekundärrohstoffe bezeichnet solche Materialien, die z. B. wie Stahl aus recyceltem Werkstoff wiedergewonnen werden. Ganz im Gegensatz zu Primärrohstoffen, die direkt aus der Quelle entnommen werden, wie z. B. Sand oder Holz aus der Forstwirtschaft.
Damit das Bauwesen sich einer echten Kreislaufwirtschaft annähern kann, muss die Konzeptionierung der Gebäude das Ende der Nutzungszeit einbeziehen und die Materialien kreislauffähig verbauen, um so den Erhalt der Wertschöpfungskette sicherzustellen. Derzeit gestaltet sich das Urban-Mining-Konzept als eine Herausforderung, da bestehende Gebäude und Güter nicht darauf ausgelegt sind, nach ihrer Nutzungsdauer zurück in den Verwertungskreislauf zu gelangen. Das derzeit vorherrschende geradlinige Wirtschaftsmodell, das „take, make & waste” proklamiert, steht vielmehr im Kontrast zum Kreislauf-Gedanken. So werden irreversible Verbindungen durch Verklebungen oder Vermischungen im Stoffstrom geschaffen, die dergestalt untrennbar sind oder nur mit viel Aufwand wiederaufbereitet werden können. Auf dieser Basis ist das Abbauen von Ressourcen aus dem anthropogenen Raum ein energie- und zeitaufwendiges Unterfangen.
Es lohnt sich dennoch. Die Präsidentin des Umweltbundesamts Maria Krautzberger konstatiert, dass sich das Materialvermögen in Deutschland auf rund 50 Milliarden Tonnen beläuft. Und dieser Wert steigt jährlich um 10 Tonnen pro Einwohner. So wurden über viele Jahre hinweg Rohstoffe in Gebäuden, Infrastrukturen, Industriebauwerken und langlebigen Konsum- und Anlagegütern gebunden. Diese stellen potenziell einen immens großen Mehrwert für nachfolgende Generationen dar. Besonders für ein Land wie Deutschland, das aufgrund nicht vorhandener Ressourcen die Rohstoffe vornehmlich importiert, ist die Berücksichtigung von bereits bestehenden Materialien angesichts der Ressourcenverknappung eine wahre Goldmine.
Um den nachhaltigen Zugriff auf diese Ressourcen zu sichern, bedarf es akribischer Katalogisierung der verbauten Materialien in Gebäuden. Denn nicht jedes Gebäude hat die gleiche Eignung für einen verwertungsorientierten Rückbau.
Urban mining index – am beispiel des projekts rathaus korbach
Um mithilfe quantitativer Methoden Gebäude auf ihr Kreislaufpotenzial zu untersuchen, entwickelte Dr. Anja Rosen von der Bergischen Universität Wuppertal den Urban Mining Index (hier kurz UMI) und schaffte damit die Grundlage für ein starkes Planungstool zum Urban Mining Design. So kann mit dem UMI geprüft werden, welche Baustoffe in ihrer Beschaffenheit für eine Wiederverwendung oder eine Wiederverwertung in einem späteren Lebenszyklus geeignet sind und wie hoch der Anteil der zirkulären Baustoffe ist.
Diese Methode wurde bereits an einem Pilotprojekt angewandt. Das historische Rathaus in Korbach (Abb. 2) wird aktuell saniert und um einen neuen Anbau erweitert, der sich bereits in der Fertigstellung befindet. Das Projekt wurde von der ARGE agn heimspiel-architekten im Auftrag der Stadt Korbach geplant und realisiert (Abb. 1). Anja Rosen hat das Urban-Mining-Konzept entwickelt und das Projekt in der Vorplanung mit dem UMI analysiert und bewertet. Der alte Anbau, ein Betonbau aus den 1970er-Jahren, wurde als „Rohstoffmine” verwendet, indem die abgebrochenen mineralischen Baumaterialien für den Neubau regional aufbereitet und wiedergewonnen wurden. Für einen möglichst sortenreinen Rückbau musste der Prozess präzise geplant und kalkuliert werden. So erfolgte der Abbruch hoch selektiv unter größtmöglicher Berücksichtigung der sortenreinen Materialtrennung. Mit diesem Verfahren konnten ca. zwei Drittel der Abbruch-Baustoffe in unterschiedlichen Qualitäten zurück in den Materialkreislauf gebracht werden – von der Auffüllung der Altfundamente über den Einsatz im konstruktiven Beton bis hin zur Fassade (Abb. 3).
„Als Architekten und Ingenieure verbauen wir heute die Ressourcen nachfolgender Generationen. Um das zirkuläre Bauen zu fördern, müssen wir Zirkularitäts-Raten messen, bewerten und optimieren.“
Dr. Anja Rosen – Initiatorin des Urban Mining Index
Auf irreversible Verklebungen oder Materialvermischungen wurde in dem Projekt gänzlich verzichtet. Die Fassade des Gebäudes wird Aufschluss über die Verwendung der Rezyklate geben: Der Sichtbeton wurde mit mineralischen Rückbaumaterialien wie recycelter Gesteinskörnung und Ziegelsplitt versetzt.
Beim Bau wurde explizit darauf geachtet, dass die Baustoffe so zusammengefügt werden, dass sie zukünftig in gleicher Qualität abzubauen sind und folglich einen Mehrwert für zukünftige Generationen darstellen. Der Neubau fügt sich mit seiner Kubatur und den recycelten Materialien wie selbstverständlich in den städtebaulichen Kontext ein und ist damit ein wichtiger Beitrag zur Erhaltung und Fortführung der hiesigen Baukultur.
NEST – „Gemeinsam an der Zukunft bauen”
In der Schweiz wurde 2016 das NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) auf dem Campusgelände der Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa in Dübendorf eröffnet. Seitdem arbeiten ca. 150 Partner aus dem Forschungs- und Industriesektor eng zusammen und treiben nachhaltige Innovationen aus dem Gebäudebereich voran. Aufgrund der Praxisanwendung von neuen Produkten an realem Raum können die Markteintritts-Zeitpunkte beschleunigt werden.
Besonders bemerkenswert ist der modulare Aufbau des NEST-Gebäudes. Die unterschiedlichen Forschungsprojekte sind in sogenannten kastenförmigen „Units” untergebracht. Diese können nach Projektabschluss innerhalb der stabilen Baukonstruktion verschoben oder durch neue Forschungs-Units ersetzt werden. Das macht das Gebäude besonders flexibel und passt sich dem Nutzen seiner Bewohner und Forschungsgruppen an. Mit dem modularen NEST wurde ein dynamisches Wahrzeichen auf dem Campus geschaffen, das die diversen Projekte und vielfältigen Innovationen der Forschungseinrichtung zum Ausdruck bringt (Abb. 4).
2018 wurde die Forschungsunit „Urban Mining and Recycling” (hier kurz UMAR) ins NEST eingebaut. Konzipiert wurde die Unit von Werner Sobek, Leiter des Instituts für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart, mit Dirk Hebel und Felix Heisel, Forschungsverantwortliche für nachhaltiges Bauen an der KIT Karlsruhe. Das Modul wurde in einer Werkhalle vorgefertigt und anschließend zum NEST transportiert, wo es innerhalb eines Tags mit zwei Kränen eingesetzt wurde (Abb. 5). Anhand von UMAR wird abermals im eindrucksvollen Ausmaß bewiesen, dass wiederverwertbare Baustoffe durchaus mit architektonischer Ästhetik in Einklang gebracht werden können. Das verwendete Holz wurde in der Unit so verbaut, dass die standardisierten chemischen Behandlungsverfahren ausgelassen werden konnten, und der späteren Wiederverwendung oder der natürlichen Kompostierung nichts im Wege steht. Des Weiteren fanden Kupferplatten, die einst das Dach eines Hotels in Österreich zierten, eine neue Verwendung als Teil der Fassade des Moduls. Darüber hinaus gestaltet sich das Interior-Design des UMAR ganz nach der zugrunde liegenden Prämisse der Kreislaufwirtschaft: Die verwendeten Materialien und das Rauminventar sind vollständig wiederverwendbar, wiederverwertbar (rezyklierbar) oder kompostierbar.
„Die verwendeten Materialien werden nicht verbraucht und dann entsorgt; sie sind vielmehr für eine bestimmte Zeit aus ihrem Kreislauf entnommen und werden später wieder in diesen zurückgeführt.” – Dirk Hebel
So konnte beispielsweise die Wärmedämmung in einem Schlafzimmer des UMAR durch Myzelien (Pilze) gewonnen werden. Bei diesem Vorgang werden biologische Überreste aus der Landwirtschaft (wie z. B. Überbleibsel einer Maispflanze oder Holzspäne) und die Pilzhyphen (Wurzelwerke) in einer Lösung miteinander vermengt und anschließend in eine Form gegossen. Nach einigen Tagen des Wachsens wird die Platte hoch erhitzt und der Organismus stirbt ab. Zurück bleibt eine voll funktionsfähige Platte, die in der Wand verbaut werden kann. Je nach Zusammensetzung der Zutaten werden auch die Eigenschaften der Platte verändert und individuell für den Bauzweck anpassbar (Abb. 6).
Die vorangegangenen Beispiele zeigen auf, dass die Aufbereitung von Sekundärrohstoffen ein zukunftsfähiges integrales Bewirtschaftungskonzept darstellt. Angesichts steigender Einwohnerzahlen in Städten und dem damit einhergehenden hohen Wohnungsbedarf wird Urban Mining ein signifikanter Anreiz für den Erhalt bereits lokal bestehender Materialien sein und die Grundlage für ein zukunftsfähiges Stoffstrommanagement bieten.
„Das nach wie vor anhaltende Wachstum der Weltbevölkerung sowie zur Neige gehende Ressourcen erfordern dringend ein Umdenken im Bauwesen. Wir müssen künftig mit sehr viel weniger Materialien für sehr viel mehr Menschen bauen.”
– Werner Sobek
Laut Umweltbundesamt sind die Techniken und Potenziale der Beschaffung von Materialien aus Sekundärquellen bei Weitem nicht ausgeschöpft und folglich sind auch hier Möglichkeiten vorhanden, durch den Einsatz interdisziplinärer und systematischer Vorgehensweisen Konzepte zu entwickeln, die eine geschlossene Kreislaufwirtschaft fördern. So ist der Erkenntnisgewinn, der aus der Realisierung von Projekten nach dem Urban-Mining-Design entspringt, von unschätzbarem Wert für eine zirkuläre Wirtschaft im Bauwesen. Zudem hilft das Prinzip, das Werteverständnis für alle Sekundärmaterialien zu steigern und damit für kreislauffähige Wirtschaftsmodelle zu sensibilisieren.
Generell wird ein Paradigmenwechsel notwendig sein. Und das nicht nur in der Wirtschaft, sondern auch in unserer Kultur. So kann auf lange Sicht die Grundlage geschaffen werden, den Designern und Bauplanern genügend Anreize zu geben, auch das Ende der Produktzyklen in ihre Konzeptionen einzubeziehen.