Materialkreisläufe und zirkuläres Bauen

Materialkreisläufe beschreiben einen wichtigen Wendepunkt in der Bauwirtschaft. Aber was bedeutet es, wirklich in Kreisläufen zu denken? Stellen Sie sich vor, Sie kaufen sich ein neues Smartphone, und anstatt es nach ein paar Jahren zu entsorgen, werden alle seine Komponenten wiederverwendet – die Metalle im Gehäuse, der Akku, sogar der Bildschirm. Nichts wird verschwendet, sondern immer wieder in neuen Geräten eingesetzt. Der eine oder die andere von Ihnen kennt das wahrscheinlich bereits, z.B. von FairPhone – ein Elektronikunternehmen aus Amsterdam. Und genauso funktioniert das Zirkuläre Bauen: Baustoffe werden nicht nur einmal genutzt, sondern so geplant, dass sie immer wieder zurück in den Materialkreislauf fließen können.

Materialkreisläufe im zirkulären Bauen

Das Konzept der Materialkreisläufe ist ein zentraler Baustein im zirkulären Bauen. Ziel ist es, Materialien und Ressourcen in geschlossenen Kreisläufen zu halten, sodass Abfälle minimiert und Ressourcen effizient genutzt werden. Im Vergleich zur allthergebrachten Art und Weise zu Bauen, bei der lineare Bauprozesse vorherrschen und Rohstoffe verwendet, verarbeitet und schließlich entsorgt werden (Benachio et al., 2020).

Ein wichtiger Bestandteil bei der Umsetzung von Materialkreisläufen sind sogenannte Materialbanken. Diese digitalen Datenbanken speichern detaillierte Informationen über die Materialien, die in einem Bauprojekt verwendet werden. Durch solche Datenbanken wird der Lebenszyklus von Materialien verlängert und der Abfall reduziert. Unternehmen wie Madaster haben globale Materialdatenbanken entwickelt, die es ermöglichen, den Wert und die Zusammensetzung von Materialien zu erfassen und zu verfolgen, um deren Wiederverwendung zu optimieren (Sparrevik et al., 2021). Ein weiters Beispiel ist die Initiative Buildings as Material Banks (BAMB), die im Rahmen von Horizon 2020 in Europa entwickelt wurde, um Materialien effizient zu verwalten und die Wiederverwendung zu fördern.

Neben Materialbanken gibt es auch Beispiele für die direkte Wiederverwendung von Baumaterialien, wie etwa den Einsatz von Materialien aus zurückgebauten Gebäuden. Statt diese zu entsorgen, können sie aufbereitet und in neuen Bauprojekten wiederverwendet werden. Materialien wie Stahl und Glas können nach ihrer Nutzung recycelt und wiederverwendet werden, ohne ihre Qualität zu verlieren (Andriulaitytė & Valentukeviciene, 2020). Mein Kollege Doru Lupascu hat an der Universität Duisburg-Essen mit dem Projekt UpCement zu Recycling von Beton und Reaktivierung von Zementstein ein Forschungsvorhaben umgesetzt (siehe auch entsprechende Pressemeldung). Und das diese Reise an unserer Universität weiter geht, zeigt sich am aktuellen Circhouse (siehe Bericht bei Radio Essen).

Solche Ansätze erfordern eine vorausschauende Planung und die Entwicklung von Bauprojekten, die den Rückbau und die Wiederverwendung der verwendeten Materialien bereits in einer frühen Planungsphase mitbedenken. Die Schaffung von Materialdatenbanken und die Integration dieser Daten in Bauprozesse sind ein starker Hebel für die weitere Verbreitung einer flächendeckenden zirkulären Bauweise.

Materialkreisläufe werden in Zukunft immer relevanter

Die Zukunft des zirkulären Bauens wird durch technologische Innovationen und neue Geschäftsmodelle weiter geprägt. Dazu zählt auch die Weiterentwicklung der modularen Bauweise. Gebäude werden so konzipiert, dass ihre Einzelteile leicht demontiert und an anderer Stelle wieder zusammengesetzt werden können (Jayawardana et al., 2023). Das ermöglicht, dass ganze Gebäudeteile wiederverwendet werden, ohne dass sie vorher recycelt werden müssen (mehr dazu lesen Sie im Beitrag Modulares Bauen und 3D-Druck). Ein Beispiel für diese Denkweise ist das Circuitus 2.0 Passive House in Stommen (Schweden), das aus modularen und vollständig wiederverwendbaren Bauteilen besteht. Solche Ansätze könnten in Zukunft noch relevanter werden, da sie sowohl ökologisch als auch ökonomisch vorteilhaft sind.

Auch die Entwicklung neuer Materialien wird eine wichtige Rolle spielen. Forschungseinrichtungen arbeiten an biologisch abbaubaren oder selbstregenerierenden Materialien, die nach ihrer Nutzung keine umweltbelastenden Abfälle hinterlassen (siehe dazu auch den Beitrag zum selbstheilenden Beton). Solche Materialien könnten in den nächsten Jahrzehnten zur Norm werden, insbesondere wenn strenge Umweltvorgaben in Kraft treten (Norouzi et al., 2021).

Viele der Technologien und Konzepte befinden sich zwar noch in der Entwicklungs- oder Pilotphase. Dennoch können wir davon ausgehen, dass der technologische Fortschritt, getrieben durch weitere gesetzliche Vorgaben und ein wachsendes Umweltbewusstsein in der Gesellschaft, den Wandel weiter beschleunigen wird.

Materialkreisläufe und die digitale Transformation

Bei der Umsetzung des zirkulären Bauens spielt die digitale Transformation eine Schlüsselrolle, insbesondere wenn es um die Verwaltung von Materialkreisläufen geht. Ein zentraler Aspekt ist dabei das Building Information Modeling (BIM). Mit der BIM-Methode können sämtliche Daten eines Bauprojekts über alle Phasen digital erfasst und verwaltet werden, darunter auch Informationen über die Materialien, die während des Baus verwendet wurden (6D). Dadurch wird es leichter, den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes zu erfassen und zu überwachen – von der Planung über den Bau bis hin zum Rückbau und der Wiederverwendung von Materialien (Zhang et al., 2021).

Ein wichtiger Fortschritt im Bereich der digitalen Transformation ist das Material-Tracking. Hierbei werden Baumaterialien während ihres gesamten Lebenszyklus dokumentiert. Hier kann auch Blockchain-Technologie eingesetzt werden, um die Herkunft und Verwendung von Baumaterialien lückenlos zu verfolgen und zu dokumentieren. Diese Daten können dann genutzt werden, um Materialien effizienter zu recyceln oder für zukünftige Projekte wiederzuverwenden. Der Einsatz solcher Technologien erleichtert nicht nur den Rückbau, sondern optimiert auch die Ressourcennutzung im Bauprozess selbst.

Ein weiteres Beispiel für die digitale Unterstützung des zirkulären Bauens ist die Integration von Sensorik und smarten Technologien in Gebäuden oder ganzen Städten im Sinne von Smart Cities (mehr zu Smart City in diesem Beitrag). Solche Technologien überwachen den Zustand von Baumaterialien in Echtzeit und können frühzeitig erkennen, wann bestimmte Elemente repariert oder ausgetauscht werden müssen (mehr zum digitalen Echtzeitmonitoring in diesem Beitrag). Das verlängert die Lebensdauer von Gebäudeteilen und trägt dadurch zu einem nachhaltigen Materialkreislauf bei.

Neben Plattformen wie Madaster, die Daten über Materialien sammeln und bereitstellen, gibt es auch schon Lösungen, die Materialien im Zusammenhang von Quartieren erfassen. In den Niederlanden wird beispielsweise eine Materialdatenbank verwendet, die Daten über abbruchbereite Gebäude sammelt und es Bauherren ermöglicht, Baumaterialien aus Rückbauprojekten effizient zu recyceln und wiederzuverwenden. Verhagen und Kollegen haben somit die Materialdichte der Baustoffvorräte in der Gemeinde Leiden ermittelt (Verhagen et al., 2021).

Solche Plattformen könnten in Zukunft den Bauprozess weiter verändern, indem sie den Zugang zu recycelten Materialien erleichtern und somit den ökologischen Fußabdruck der Bauwirtschaft verringern (Sprecher et al., 2021). Beispielsweise könnten sich dann auch Unternehmen vernetzen, um überschüssige Baustoffe zur Verfügung stellen zu können, was den Austausch und die Wiederverwendung von Materialien vereinfachen wird. Die Online-Plattform restado geht genau diesen Weg (Der Blog bei restado ist übrigens auch sehr spannende – Einfach mal reinschauen 🙂 ). Wir sehen, durch die digitale Transformation entstehen weitere Möglichkeiten, Materialkreisläufe effizienter zu gestalten und den ökologischen Fußabdruck der Bauwirtschaft noch weiter zu reduzieren.

Internationale Good Practices

Internationale Initiativen im Bereich des zirkulären Bauens bieten auch interessante Einblicke und Inspiration für die deutsche Bauwirtschaft. Ein Beispiel ist die Stadt Amsterdam, die sich zum Ziel gesetzt hat, bis 2050 eine vollständig zirkuläre Wirtschaft zu etablieren. Im Bereich der Bauwirtschaft bedeutet das, dass neue Gebäude so geplant werden, dass sie am Ende ihrer Lebensdauer in einzelne Komponenten zerlegt und wiederverwendet werden können. Die Stadt fördert Pilotprojekte, die systematisch Materialien aus alten Gebäuden in neuen Bauvorhaben wiederverwenden (Benachio et al., 2020). Diese Initiative zeigt, wie eine Kombination aus städtischen Strategien und gezielten Projekten den Wandel zu einer nachhaltigen Bauwirtschaft vorantreiben kann. Mehr dazu finden Sie auf der Webseite von Amsterdam Smart City.

Ein weiteres Projekt ist die Circular Construction Challenge vom Danish Design Center in Dänemark. Diese Initiative fördert innovative Ansätze zur Reduktion von Bauabfällen und zur effizienteren Nutzung von Materialien. So wurden im Rahmen der Challenge bereits Projekte entwickelt, die sich mit der Rückgewinnung und Wiederverwertung von Baumaterialien sowie der Integration digitaler Technologien zur Materialverfolgung befassen (Ottosen et al., 2021).

In Japan zeigt die traditionelle Bauweise, wie Nachhaltigkeit im Bauen seit Jahrhunderten Teil der Kultur ist. Holzgebäude werden hier so konstruiert, dass sie über lange Zeiträume hinweg bestehen und bei Bedarf repariert oder an neuen Standorten wiederverwendet werden können (Husgafvel & Sakaguchi, 2021). Auch eine solche Philosophie des „langfristigen Denkens“ kann wertvolle Impulse für die westliche Bauwirtschaft geben.

Wie geht es weiter?

Die aktuellen Trends im zirkulären Bauen deuten darauf hin, dass Materialkreisläufe in den kommenden Jahren eine immer größere Rolle spielen werden. Einer der wichtigsten Trends ist die Integration von Kreislaufwirtschaftsstrategien in Bauvorschriften und -normen. Die Europäische Union hat beispielsweise mit dem European Green Deal und dem Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft ehrgeizige Ziele gesetzt, um den Bausektor nachhaltiger zu gestalten. Solche politischen Rahmenbedingungen schaffen Anreize für alle Akteure, ihre Planungs-, Verwaltungs- und Bauprozesse zirkulär zu gestalten.

Ein weiterer Trend ist die zunehmende Verbreitung von Material-Passports. Diese digitalen Dokumente enthalten detaillierte Informationen über die Herkunft, Zusammensetzung und Wiederverwendbarkeit von Baumaterialien. In den Niederlanden sind Material-Passports bereits Teil von Bauprojekten und werden von der Regierung gefördert (Munaro & Tavares, 2021). Plattformen wie Buildings as Material Banks (BAMB) sind Vorreiter in diesem Bereich und haben Systeme entwickelt, die den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft erleichtern (Göswein et al., 2022). In Zukunft können Material-Passports in Deutschland ein immer wichtigerer Baustein für nachhaltiges Bauen werden.

Empfehlungen für die Bau- und Immobilienwirtschaft

Aus den oben behandelten Inhalten lassen sich die folgenden Empfehlungen ableiten:

1. Frühzeitige Planung im Hinblick auf Zirkularität: Bereits in der Entwurfsphase sollten Planende und Bauende die Materialien so auswählen, dass sie am Ende ihrer Lebensdauer leicht rückgebaut und wiederverwendet werden können. Thema ist hier auch die Environmental Product Declaration (EPD). Das erfordert ein Umdenken in der Bauplanung und eine engere Zusammenarbeit zwischen Planern, Lieferanten und Bauherren.
2. Einsatz von digitalen Methoden und Tools wie BIM und Material-Tracking: Methoden wie Building Information Modeling (BIM) und Material-Tracking-Systeme sollten gezielt eingesetzt werden, um den Materialfluss während des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes zu überwachen und zu optimieren. Diese Technologien erleichtern es, Planungs-, Bau- und Betriebsprozesse effizienter und ressourcenschonender zu gestalten.
3. Förderung von Innovationen und Pilotprojekten: Die Erforschung neuer, zirkulärer Materialien zu unterstützen und Pilotprojekte zu initiieren, die innovative Planungs- und Bauweisen testen, ist unerläßlich. Insbesondere die Entwicklung biologisch abbaubarer oder vollständig recyclebarer Baumaterialien könnte langfristig die Basis für eine durchgehend nachhaltige Bau- und Immobilienwirtschaft schaffen.
4. Nutzung internationaler Good Practices: Unternehmen, Dienstleister und Verwaltungen in Deutschland sollten sich verstärkt mit internationalen Vorbildern und Projekten auseinandersetzen, die zirkuläre Ansätze bereits erfolgreich umsetzen. Der Austausch von Erfahrungen und Technologien kann dabei helfen, innovative Lösungen auch hierzulande schneller zu etablieren.
5. Wirtschaftliche und rechtliche Anreize: Es wäre sinnvoll, die rechtlichen Rahmenbedingungen in Deutschland weiterzuentwickeln, um beispielsweise Bauunternehmen wirtschaftliche Anreize zu bieten, zirkuläre Bauweisen zu übernehmen. Förderprogramme oder auch steuerliche Erleichterungen für nachhaltiges Bauen könnten den Übergang und die Verbreitung zusätzlich beschleunigen.

Und nun?

Zirkuläres Bauen und Materialkreisläufe sind ein zentrales Element für die Herausforderungen der Bauwirtschaft im 21. Jahrhundert. Durch den Einsatz digitaler Methoden und Werkzeuge sowie die Nutzung der Erfahrungen aus internationalen Good Practices können wir den Weg in eine ressourcenschonende und nachhaltige Zukunft ebnen. Doch dieser Wandel erfordert nicht nur technologische Innovationen, sondern auch ein Umdenken bei allen Beteiligten – von der Planung über den Bau bis hin zur politischen Entscheidungsebene.

Nun liegt es an uns, diese Vision in die Tat umzusetzen. Ob als Planer, Bauunternehmer oder Bauherr: Fragen Sie sich, wie Sie schon heute Materialkreisläufe in Ihren Projekten erfassen können. Nutzen Sie die verfügbaren digitalen Tools, um den Lebenszyklus von Materialien zu überwachen und effizient zu gestalten. Tauschen Sie sich mit internationalen Akteurinnen und Akteuren aus, um von deren Erfahrungen zu lernen und zirkuläre Lösungen voranzutreiben. Denn eines haben wir alle gemeinsam: Wir wollen gemeinsam den Wandel in der Branche gestalten – Zum Wohle der Gesellschaft!

Quellenverzeichnis:

Andriulaitytė, I., & Valentukeviciene, M. (2020). Circular economy in buildings. Journal of Cleaner Production, 10(2), 23-29. online verfügbar

Benachio, G. L. F., Freitas, M. C., & Tavares, S. F. (2020). Circular economy in the construction industry: A systematic literature review. Journal of Cleaner Production, 260, 121046. online verfügbar

Göswein, V., Carvalho, S., Cerqueira, C., & Lorena, A. (2022). Circular material passports for buildings – Providing a robust methodology for promoting circular buildings. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1122(1), 012049. online verfügbar

Husgafvel, R., & Sakaguchi, D. (2021). Circular Economy Development in the Construction Sector in Japan. World, 3(1), 1-12. online verfügbar

Jayawardana, J., Sandanayake, M., Kulatunga, A., Jayasinghe, J., Zhang, G., & Osadith, S. A. U. (2023). Evaluating the Circular Economy Potential of Modular Construction in Developing Economies—A Life Cycle Assessment. Sustainability, 15(23), 16336. online verfügbar

Munaro, M., & Tavares, S. F. (2021). Materials passport’s review: Challenges and opportunities toward a circular economy building sector. Built Environment Project and Asset Management. online verfügbar

Norouzi, M., Chàfer, M., Cabeza, L., Jiménez, L., & Boer, D. (2021). Circular economy in the building and construction sector: A scientific evolution analysis. Journal of Building Engineering, 44, 102704. online verfügbar

Ottosen, L., Jensen, L. B., Astrup, T., McAloone, T., Ryberg, M., Thuesen, C., Christiansen, S., Pedersen, A. J., & Odgaard, M. H. (2021). Implementation stage for circular economy in the Danish building and construction sector. Detritus. online verfügbar

Sparrevik, M., de Boer, L., Michelsen, O., Skaar, C., & Knudson, H. (2021). Circular economy in the construction sector: Advancing environmental performance through systemic and holistic thinking. Environment Systems and Decisions, 41(3), 392-400. online verfügbar

Sprecher, B., Verhagen, T. J., Sauer, M. L., Baars, M., Heintz, J., & Fishman, T. (2021). Material intensity database for the Dutch building stock: Towards Big Data in material stock analysis. Journal of Industrial Ecology, 26(2), 272-280. online verfügbar

Verhagen, T. J., Sauer, M. L., van der Voet, E., & Sprecher, B. (2021). Matching demolition and construction material flows, an urban mining case study. Sustainability, 13(2), 653. online verfügbar

Zhang, N., Han, Q., & de Vries, B. (2021). Building Circularity Assessment in the Architecture, Engineering, and Construction Industry: A New Framework. Sustainability, 13(22), 12466. online verfügbar

Schlagwörter: Materialkreisläufe, zirkuläres Bauen, Nachhaltigkeit, digitale Transformation, Material-Tracking, Building Information Modeling, Bauwirtschaft

Diesen Beitrag zitieren: Karl, C. [Christian K. Karl]. (2024). Materialkreisläufe und zirkuläres Bauen [Blog-Beitrag]. 05.11.2024. BauVolution, ISSN 2942-9145. online verfügbar