Beton 2.0


29 / 10 / 21 - 9 minute read

Laut Werner Sobek muss Beton neu bewertet werden. Schließlich gehört der Baustoff zu den größten Verursachern von CO2-Emissionen weltweit. Der international renommierte Architekt und Statiker hat dazu einen interessanten Lösungsvorschlag.

estatements: Herr Professor Sobek, wir mussten unser Interview mit Ihnen neulich verschieben, weil ein äußerst wichtiger Anruf dazwischenkam. Ich hoffe, es waren gute Nachrichten ...

Prof. Sobek: Ja, danke, in der Tat. Wir wurden darüber informiert, dass die Patentanmeldung für eine von uns entwickelte neue Betonsorte genehmigt wurde.

Herzlichen Glückwunsch! Das passt zu unserem Interviewthema. Zuvor aber würden wir gerne mit Ihnen über das Thema Energieeffizienz sprechen. Sie begleiten die aktuelle Diskussion hierüber kritisch. Wieso eigentlich?

Prof. Sobek: Weil wir kein Energieproblem haben. Was wir haben, ist ein Emissionsproblem. Wenn ein Autohersteller ein neues Auto auf den Markt bringen möchte, verlangt die europäische Gesetzgebung den Nachweis, dass dieses Fahrzeug nicht mehr als 95 Gramm CO2 pro Kilometer emittiert. Der Kraftstoffverbrauch hingegen ist kein Thema. In der Baubranche aber ist ein wesentliches Ziel, den Brennstoffverbrauch, also die Heizenergie, einzuschränken. Viele Politiker – mit Unterstützung einiger Wissenschaftler – sind der Meinung, dass eine Begrenzung des Energieverbrauchs bei Heizung und Warmwasser die CO2-Emissionen verringern wird. Das stimmt nur zum Teil. Und sicher nicht in Bezug auf das große Ganze. Ich störe mich daran, dass bei der Betrachtung der Energieeffizienz nur die „Produktionsphase“ des Gebäudes gesehen wird. Das ist zu kurz gegriffen. Die „End-of-Life“-Phase eines Gebäudes fällt dabei unter den Tisch.

Betrachtet man die Verteilung aller Emissionen eines Gebäudes über die gesamte Lebensdauer, stellt man fest, dass ein Neubau 50 % seiner Emissionen in der Errichtungsphase emittiert, etwa 40 % in der Nutzungsphase und rund 10 % in der „End-of-Life“-Phase. Je nach Gebäudegröße und Materialien können diese Zahlen geringfügig voneinander abweichen. Derzeit jedoch befasst sich die Politik ausschließlich mit der Nutzungsphase. Außerdem wird der Zeitpunkt der Emissionen außer Acht gelassen. Meine Studien haben gezeigt, dass die Produktionsphase in Sachen Emissionen erheblich klimaschädlicher ist als die Nutzungsphase – sogar acht- bis zwölfmal höher. Der Grund hierfür ist, dass die Emissionen in der Produktionsphase grundsätzlich nur einmal freigesetzt werden, während die Emissionen der Nutzungsphase über einen deutlich längeren Zeitraum anfallen.

Zurück zum Thema Baustoffe: Wie wird Beton umweltfreundlicher? Wie könnte Beton 2.0 Ihrer Meinung nach aussehen?

Es gibt grundsätzlich drei Technologien, die infrage kommen. Die erste Form nennen wir den sogenannten gradierten Beton. Hierum geht es bei der eben angesprochenen Patentanmeldung. Dabei verändern wir die innere Struktur von Betonelementen, um Gewichtsreduzierungen zu erzielen. Ich habe Hohlkörper aus Beton mit einer sehr dünnen Wand entwickelt. Mit diesen Hohlkörpern können wir das Eigengewicht einer Konstruktion um 50 % und mehr verringern.

Warum ist Beton klimaschädlich?

Hauptverantwortlich hierfür ist der Zement, der durch Erhitzen von Kalkstein und anderen Materialien wie Ton in einem Ofen auf fast 1.500 Grad Celsius hergestellt wird. Dadurch entsteht eine harte Substanz namens Klinker, das zu feinem Pulver vermahlen wird. Wenn sich Kalkstein erwärmt, wird Kohlendioxid freigesetzt. Dabei verändert sich die molekulare Struktur. Diese chemische Reaktion macht bis zu 70 % der Emissionen bei der Zementherstellung aus. Der Rest entstammt der Energie, die zum Heizen des Ofens benötigt wird. Zement kann weniger als ein Fünftel des Betons ausmachen. Fast die Hälfte der CO2-Emissionen von Beton entsteht jedoch aus dem Erhitzungsprozess (Klinkerherstellung), der in hohem Maße auf fossile Brennstoffe angewiesen ist. Wäre die Zementindustrie ein Land, wäre sie der viertgrößte Kohlendioxid-Emittent der Welt. Knapp hinter Indien, aber noch vor Russland und Japan.

Werner Sobek kennt sich mit prestigeträchtigen Bauprojekten aus. Unter anderem wirkten er und sein Büro mit an der Erstellung des Lakhta Centre in St. Petersburg, dem höchsten Gebäude Europas, dem National Museum of Qatar, dem Shanghai International Financial Center, der Adidas World of Sports sowie dem nicht minder bekannten Etihad Museum in Dubai. Werner Sobek ist ordentlicher Professor an der Universität Stuttgart, Gründer des Instituts für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) und einer der Initiatoren der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB). Die Frage, wie man mit geringerem Materialaufwand und Emissionen größere Bauprojekte realisieren kann, hat ihn schon immer umgetrieben. Sobek beschäftigt sich gegenwärtig vor allem mit dem Baustoff Beton und der Frage, wie dieser 2.000 Jahre alte Baustoff auch zukünftig den Anforderungen einer kohlenstoffreduzierten Welt gerecht werden kann.

estatements: Der Beton verliert also nicht an Belastbarkeit, sondern nur an Masse?

Prof. Sobek: Genau. Wir entnehmen Material aus dem Inneren der Bauteile nur dort, wo es statisch nicht benötigt wird. Am Ende sieht das Innere der Bauteile aus wie ein Schweizer Käse. Technisch gesehen entsteht eine Sandwichstruktur. Die zweite Technologie basiert darauf, Kies und Sand zur Herstellung von Beton zu verwenden. Die Masse wird anschließend in Behälter gefüllt und diese dann mit flüssigem CO2 geflutet. Das CO2 stammt typischerweise aus der Biokraftstoffproduktion oder Ähnlichem. Normalerweise wird dieses CO2 in die Atmosphäre abgegeben, aber in diesem Fall wird es kondensiert bzw. verflüssigt. Darin werden dann die Aggregate des Betons gebadet, sodass sie CO2 aufnehmen. Auf diese Weise wird CO2 chemisch in den Aggregaten gebunden. Sobald Sie die Aggregate zum Mischen des Betons verwenden, wird das CO2 für immer und effektiv gespeichert. Die dritte Technologie benötigt etwas mehr Hintergrundwissen. Schauen Sie sich Verbrennungsöfen zur Zementherstellung an. Dort wird in aller Regel entweder Gas oder Öl im Vorwärmer verbrannt. Allerdings ist es kostspielig, das steinige Material auf 1.500 Grad Cel­sius zu erhitzen. Das ist die erforderliche Temperatur, um aus dem Rohmaterial Klinker die Grundlage für Beton zu machen. In vielen Fällen werden Zementöfen mit alten Reifen, Industrieabfällen und Ahnlichem befeuert, um diese Temperaturen zu erreichen.

Das Material ist oft derart kontaminiert, dass Lieferanten Zementfabriken für das Verbrennen sogar bezahlen. Die Emissionen, die durch das Verbrennen von Zement entstehen, bestehen aus zwei Gruppen: zum einen die Emissionen, die durch die Flammen des Feuers beim Verbrennen des giftigen Materials verursacht werden. Zum anderen die chemische Reaktion des Sandsteins, während er zu Zement wird.

Diese chemische Reaktion macht etwa 50 % der Emissionen aus und ist unvermeidbar. Aber die Emissionen durch die Verbrennung von Abfällen könnten vollständig vermieden werden, wenn Sie den Ofen mit grünem Wasserstoff beheizen. Hierzu ergänzend ein paar Zahlen: Die Zementproduktion verursacht rund 8,0 % aller Klimagase – mehr als die gesamte Luftfahrtindustrie. Würden wir die Öfen mit Wasserstoff befeuern, dann würden wir die Hälfte der Emissionen, also 4,0 % aller weltweiten Emissionen, einsparen. Nehmen wir dann meine Technologie des gradierten Betons, bei der wir nur die Hälfte des Materials verwenden, sparen wir noch einmal 2,0 %. Und wenn wir dann Aggregate für diese 2,0 % nehmen und sie in flüssigem CO2 baden, dann kommen wir auf fast 0,0 %. Das ist mein Vorschlag, um zukünftig klimaneutralen Beton zu produzieren.

estatements: Klingt plausibel. Allerdings kritisieren einzelne Unternehmen die hohen Kosten, die durch diese Nachhaltigkeitsanstrengungen entstehen. Was antworten Sie denen?

Ja, die Kostenseite spielt zweifellos eine wichtige Rolle. Die Immobilienwirtschaft wird jedoch in nicht allzu ferner Zukunft damit konfrontiert werden, dass die Europäische Union und viele andere Länder innerhalb der nächsten zehn Jahre eine Reduzierung der Emissionen um 50 % anstreben. Nimmt man diese Zahl als Maßstab, dann würde ab Anfang der 2030er-Jahre – wenn wir weiterhin so bauen wie in den vergangenen 100 Jahren - die Bautätigkeit praktisch zum Erliegen kommen. Keine Frage: Vereinzelt könnte es Schlupflöcher geben. Zum Beispiel dadurch, dass einige auf den Erwerb von CO2-Emissionszertifikaten ausweichen. Diese Zertifikate könnten überwiegend aus afrikanischen Entwicklungsländern kommen. Aus Ländern also, die vom Wohlstand weit entfernt sind.

Diese Zertifikate könnten für Bautätigkeiten in Europa und Nordamerika genutzt werden. Wenn die Politik den beabsichtigten Weg weiter beschreitet, wird dies die industrielle Produktion und die Bauwirtschaft erheblich beeinflussen.

Sie sagen also, dass wir weiterhin mit Beton bauen könnten, sofern wir die Emissionen durch Bauen mit Beton auf 0,0 % bringen.

Ganz genau.

Wie zuversichtlich sind Sie, dass eine solch innovative Bautechnologie flächendeckend eingeführt werden kann?

Der größte Hemmschuh ist weiterhin fehlendes, allgemeines Know-how. Die bisherigen Anstrengungen seitens der Medien und der Politik reichen nicht aus, um der Bedeutung des Problems gerecht zu werden. Ohne die notwendigen Hintergrundinformationen sind die Verantwortlichen nicht in der Lage, die aktuellen Probleme und Lösungsmöglichkeiten richtig einzuordnen. Je tiefer ich in dieses Thema einsteige, desto größer wird meine Empörung. Was uns in den nächsten 20 Jahren bevorsteht, ist keineswegs „nur“ eine ­globale Erwärmung. Es geht zukünftig eben nicht nur darum, dass wir draußen seltener einen Mantel tragen müssen. Das Problem wird schlichtweg verniedlicht. In Wahrheit wird es so sein, dass wir immer häufiger mit Hitzewellen konfrontiert werden. Blicken wir zum Beispiel nach Süddeutschland. Typischerweise haben wir hier im Sommer Durchschnittstemperaturen von 25 bis 27 Grad Celsius. An einigen Tagen vielleicht 33 bis 34.

Aber wenn die Zahl dieser extrem heißen Tage von vier Tagen mit 34 Grad auf acht Tage mit 38 Grad Celsius ansteigt, wird alleine diese Veränderung zu einer dramatischen Reduzierung der Nahrungsmittelproduktion führen. Es gibt zahlreiche Untersuchungen, die belegen, dass zum Beispiel die Maisproduktion um 20 bis 40 % sinkt, wenn Sie fünf, sechs oder sieben heiße Tage im Sommer mehr haben als in der Vergangenheit – weil dadurch Pflanzen beschädigt werden und sich nicht mehr erholen. Bei einer Reduzierung der weltweiten Nahrungsmittelproduktion um 20 bis 40 % werden bis zu 40 % der Erdbevölkerung keine Nahrung mehr haben. Das ist eine ganz einfache Rechnung.

estatements: Sie malen ein sehr düsteres Bild von der Zukunft.

Es werden nicht nur Tausende, sondern Milliarden Menschen von Hunger bedroht. Das ist absehbar. So gut wie alle Experten – ob Wissenschaftler oder Politiker – wissen um diese Problematik. Aber sie schweigen, weil sich der Überbringer schlechter Nachrichten selten beliebt macht. Ich selbst habe leider diese Erfahrungen auch schon machen müssen. In einzelnen Gesprächsrunden ist schon vorgekommen, dass Leute mich einen Untergangspropheten nannten und den Saal verließen. Wer die Wahrheit sagt, wird leider von einigen in eine bestimmte Ecke gestellt. Allerdings spreche ich seit über 20 Jahren über dieses Thema. Mittlerweile werde ich auch deswegen immer häufiger zu Diskussionsrunden eingeladen. Es hat sich inzwischen he­rumgesprochen, dass wir vor gewaltigen Problemen stehen und kein Patentrezept vorliegt.

Blicken wir zum Schluss nach vorne. Wann können wir mit zumindest einer hoffnungsvollen Lösungsmöglichkeit, Ihrem „Beton 2.0“, rechnen?

Wir gehen davon aus, im nächsten Jahr am Bau von zwei Gebäuden im Hamburger Hafenviertel mitwirken zu können. Dabei geht es um eine 40-Millionen-Euro- und eine 60-Millionen-Euro-Investition. Im September (2021) werden wir die ersten Platten gießen und ausgiebig testen. Im nächsten Jahr werden diese Platten voraussichtlich dann in den jeweiligen Gebäuden eingesetzt werden. Wir sind sehr zuversichtlich, was das Ergebnis angeht.

Herr Professor Sobek, vielen Dank für Ihre Zeit.

Danke für Ihre Einladung.

Werner Sobek

Werner Sobek war mit seinem Unter­nehmen an vielen prestigeträchtigen Architektur­projekten beteiligt, darunter das Lakhta Centre, das höchste Gebäude Europas, das Nationalmuseum von Katar, das Shanghai International Financial Center, die Adidas World of Sports und das Ethiad Museum in Dubai. Werner ist emeritierter Professor an der Universität Stuttgart, Gründer des Instituts für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren (ILEK) und Initiator der Deutschen Gesellschaft für Nachhalti­ges Bauen (DGNB). Er hat sich schon immer mit der Frage ­beschäftigt, wie man mit weniger Material mehr bauen und dabei weniger Emissionen verursachen kann.