Die Aufgaben und Chancen der Baubranche

Ressourcenverbrauch und Emissionen überschreiten immer augenscheinlicher die Regenerierfähigkeit unseres Planeten. Der Bau- und Immobiliensektor steht hier als Wirtschaftszweig mit dem größten Ressourcenverbrauch besonders in der Pflicht. Dieser Sektor verantwortet circa 40 Prozent aller Treibhausgase, circa 35 Prozent des gesamten Energieverbrauchs [1], [2] und circa 250 Millionen Tonnen Abfall und Schutt jährlich in Deutschland, das sind 60 Prozent des gesamten Abfallaufkommens [3]. 56 Prozent der weltweiten Stahl- und 24 Prozent der Aluminiumproduktion [4] sowie jährlich drei Milliarden Tonnen Rohstoffe werden für Bauprojekte aufgewendet [5]. Allein circa sechs Prozent der globalen CO₂-Emissionen rühren aus der Zementherstellung [6], mehr als durch die gesamte Luftfahrt [7]. Hinzukommen unvorstellbare Mengen von Zuschlagstoffen wie Sand und Kies die hierfür jährlich erforderlich sind. Die Tendenz ist steigend. Weltweit sind diese Rohstoffe zwar in großen Mengen vorhanden, doch deren Beschaffung wird zunehmend kostspieliger, mit besorgniserregenden Auswirkungen auf marine Ökosysteme [8], [9]. Trotz Klimakonferenzen und Appelle an mehr Nachhaltigkeit erhöht die steigende Nachfrage nach Bau- und baubezogenen Dienstleistungen den Ressourcenverbrauch und Emissionen. Die Urbanisierung nimmt zu. Seit 2010 leben weltweit erstmals mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Infrastrukturen in Europa und Nordamerika sind in die Jahre gekommen und müssen saniert werden. Die Nachfrage nach Wohnraum ist nach wie vor ungebrochen. Bis 2050 wollen weitere 2,6 Milliarden Menschen eine leistbare Bleibe finden. Allein in Deutschland sind jährlich 400.000 neue Wohneinheiten nötig, um dem Bedarf gerecht zu werden [10], an den unter anderem auch besondere Anforderungen infolge des demografischen Wandels gestellt werden. Allein schon diese Beispiele verdeutlichen, welche Bedeutung der Bauwirtschaft bei der Entwicklung neuer Lösungen zukommt, um dieser monumentalen Aufgabe Rechnung zu tragen. Sie ist ein Schlüsselpartner bei der Umsetzung der erforderlichen Innovationen, um einerseits Bedarfe decken zu sollen, anderseits dabei Umweltwirkungen weitgehend reduzieren zu müssen. Besonders hohe Erwartungen werden hierbei in das Effizienzversprechen digitaler Technologien gesetzt.

Die Politik zieht an – Bau im Fokus

Jahrelang hat die Politik dringend benötigte Impulse trotz evidenzbasierter Appelle des Klimarats und inzwischen deutlich sichtbarer, klimawandelbedingter dramatischer Veränderungen auf der gesamten Erde, verschleppt. Die Euphorie der Pariser Klimakonferenz 2015, auf der sich 195 Länder auf einen gemeinsamen Plan zur Bewältigung der Klimakrise geeinigt hatten, weicht der Erkenntnis, dass kein Land genug tut [11]. Auch vor diesem Hintergrund fordert nun die EU-Kommission entschlosseneres Handeln: Am 11. Dezember 2019 stellte die Kommissionspräsidentin von der Leyen den „Green Deal“ vor. Ziel ist ein CO₂-neutrales Europa bis 2050. Erreicht werden soll dies mit einer Reihe von Maßnahmen, umgesetzt durch für Mitgliedsstaaten verbindliche Verordnungen (Grafik unten). Explizit genannt ist der ressourcenintensive Bausektor. Die Sanierungsquote von Bestandsgebäuden, derzeit circa 1 Prozent, soll mindestens verdoppelt werden. Die „Renovierungswelle“ hat die Energieeffizienz wie auch die Leistbarkeit von Wohnraum im Blick. Ein besonderer Fokus liegt auf einem Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft in der europäischen Bauwirtschaft, um die Quote der Wiederverwertung von Bauschutt und Abbruchmaterial (derzeit nur circa 50 Prozent) systematisch zu erhöhen. Damit sollen Deponien entlastet und der Bedarf natürlicher Rohstoffe reduziert werden [12].

Ressourceneffizienz und CO₂-Neutralität von Bauwerken

Etwa zwei Drittel der bau- und immobilienbezogenen Emissionen, also 28 Prozent der Gesamtemissionen, stammen aus dem Betrieb von Gebäuden. Die verbleibenden 11 Prozent werden dem Bauprozess und der in Baustoffen und -teilen enthaltenen sogenannten „grauen Energie“ zugerechnet [13]. Daher müssen Bauwerke im Betrieb und bei der Erstellung ressourceneffizient und CO₂-neutral sein.

Ressourceneffizienz und CO₂-Neutralität von Bauwerken bei der Erstellung

Große Herausforderungen ergeben sich für die Hersteller von Bauprodukten. Allein die weit verbreitete Stahlbetonbauweise der Tragkonstruktionen in Verbindung mit Fassaden aus Glas und Metall trägt mit circa 75 Prozent zur grauen Energie der Gebäude bei [14]. Konzepte zur Reduktion des CO₂-Fußabdrucks bei der Zementherstellung existieren bereits bis hin zu einer bilanziell erreichbaren CO₂-Neutralität für Beton [15]. Ist die Aufgabe bei den Materialien Beton und Stahl aufgrund der schieren Masse enorm (weltweit werden jede Sekunde 1.000 Tonnen Beton produziert [16]), so stellt uns bei Bauprodukten und Materialien, zum Beispiel der Gebäudetechnik und des Ausbaus aufgrund deren Vielfalt (zwischen 1.000 bis 1.500 Produkte für ein typisches Bürogebäude) vor die Schwierigkeit, verlässliche und vor allem vergleichbare Daten bezüglich deren CO₂-Fußabdrücke und weiteren Umweltwirkungen zu erhalten. Derzeit arbeiten wir mit Umweltproduktdeklarationen, sogenannte EPD’s, auf Basis generischer Daten, das heißt, die Durchschnittswerte einer Produktgruppe sind meist aus öffentlich zugänglichen Datenbanken, wie zum Beispiel der Ökobaudat, zu entnehmen. Um dem Kunden möglichst akkurate Alternativen bezüglich der Umweltwirkungen bei der Planung seines Gebäudes bieten zu können, sind klare gesetzliche Rahmenbedingungen dringend erforderlich. Auch ist es wenig sinnvoll, alle Produkte zu bilanzieren, wenn viele davon doch nur marginal in der Ökobilanz auftauchen. In einem ersten Schritt sollten Ökobilanzierungen standardmäßig zur Vergabe von öffentlichen Hochbauten gehören, mit dem zudem das grundlegende Konzept des Lebenszyklusansatzes weiter etabliert werden kann. Dieser findet besonders und zunehmend bei zahlreichen Holz- und Holzhybridkonstruktionen Anwendung. Denn mit Holzkonstruktionen lassen sich nicht nur der CO₂-Fußabdruck von Gebäuden und Bauobjekten bereits in der Bauphase verringern, sie stellen CO₂-Senken über den gesamten Lebenszyklus dar [17]. Damit nicht genug: denn diese Bauweise ist zudem für den Leichtbau prädestiniert, der nicht nur vor dem Hintergrund höherer Materialeffizienz attraktiv ist, sondern auch bei Fragen der vertikalen Verdichtung für zu schaffenden Wohnraum in urbanen Räumen robuste Konzepte anbietet [18].

Ressourceneffizienz und CO₂-Neutralität von Bauwerken im Betrieb

Die CO₂-Reduktion für die Betriebsphase wird auf zwei Handlungsfeldern stattfinden: Zum einen im Neubau – hier müssen regenerative Energien weiter Eingang finden, sowie die Systemeffizienz gesteigert werden. Wobei letzteres auch die Verknüpfung von Im-Mobilien und Elektromobilität beinhaltet. Durch die Erzeugung der benötigten elektrischen Energie durch gebäudeeigene Systeme zum Beispiel Photovoltaik auf Dächern und Fassade verbunden mit Speicherung und Bereitstellung dafür. Neben der Systemauswahl ist die Systemsteuerung für einen effizienten Gebäudebetrieb entscheidend. Hier lassen sich mit Sensorik und Automationssystemen enorme Effizienzsteigerungen erzielen. So verbraucht zum Beispiel das Bürogebäude The Edge in Amsterdam 70 Prozent weniger Strom als ein konventionelles Bürogebäude. Tausend integrierte Sensoren sorgen für einen bedarfsorientierten Gebäudebetrieb [19]. Allerdings sind die damit verbundenen Investitionskosten aktuell noch ein Hemmnis . Denn die Investitionsentscheidung wird in der Regel auf Basis der Investkosten der Bauphase getroffen und nicht über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Dass solche Lösungen dennoch funktionieren, wie auch Gebäude im Lebenszyklus eine Energieplusbilanz aufweisen können, ist hinreichend gezeigt, wie zum Beispiel das vielfach ausgezeichnete Aktivhaus „B10“ 2012 in Stuttgart [20], [21] und das Effizienzhaus Plus „F87“ in Berlin [22] 2011 demonstriert haben.

Nun gilt es, durch entsprechend intelligent gestaltete regulatorische Rahmenbedingungen, dafür zu sorgen, dass die bereits vorhandene Technik wo immer sinnvoll, möglichst flächendeckend zum Einsatz kommt. Dann kann auch von Innovation gesprochen werden, wenn diese neuen Lösungen in neuen Produkten und Dienstleistungen münden, die erfolgreich den Markt durchdringen (Diffusion). Hier gilt es nun entsprechende Strategien und zur Umsetzung sich anbietende Technologien für eine umfassende CO₂-Reduktion abzuleiten. Der VDI kann hier mit den VDI-Richtlinien, als anerkannte Regeln der Technik, einen wertvollen Beitrag leisten, um einen Standard nach bewährten Verfahren zu etablieren und darauf hinarbeiten, dass diese nationalen normativen Vorgaben sich auch in den einschlägigen europäischen und internationalen Normen niederschlagen. Darüber hinaus nimmt der Green Deal explizit auf die energetische Sanierung der Bestandsgebäude Bezug und fordert mindestens eine Verdopplung der bisherigen Quoten [23]. Auch dazu bedarf es neuer Lösungen, da konventionelle Maßnahmen zum Beispiel mit Wärmedämmverbund-Systemen wegen ihrer schlechten Rezyklierbarkeit dem Nachhaltigkeitsgedanken widersprechen. In den Niederlanden wurde zum Beispiel die Energiesprong-Methode für den Wohnungsbau entwickelt [24], die nun auch in Deutschland auf ihre Anwendbarkeit hin geprüft wird [25]. Dabei werden die Gebäude mit einer zweiten, hoch wärmedämmenden Hülle versehen, die industriell vorgefertigt wird. Auch hier müssen die technischen Systeme mit betrachtet und in effiziente Gesamtsystem integriert werden. Gerade in urbanen Gebieten kann ein Abriss und ein effizienter Neubau unter Umständen auch aufgrund der Möglichkeit der Nachverdichtung der Siedlungsfläche nicht nur wirtschaftlich, sondern auch unter Aspekten des Klimaschutzes eine sinnvolle Option sein.

Die Kreislaufwirtschaft am Bau im Blick

Der zweite zentrale Baustein des Green Deals ist die Verbesserung der Ressourceneffizienz und damit einhergehend der Aufbau einer zukunftsweisenden Kreislaufwirtschaft. Dies ist eine Aufgabe, die allen Beteiligten innovative Impulse abfordern wird. Sehr große Erwartungen werden in die Wiederverwertung von Baumaterialien gesetzt. Auch wenn Bauwerke im Vergleich zu Elektronikprodukten oder Autos in der Regel einen deutlich längeren Lebenszyklus aufweisen, bietet die konsequente Betrachtung/Planung der Wiederverwendung der eingesetzten Materialien ein großes Handlungsfeld, nicht zuletzt aufgrund der eingangs aufgeführten Menge des in Bauwerken gebundenen Materials. Dieses bereits in anderen Industrien als „Cradle to Cradle“ [26] teilweise eingeführtes Prinzip bietet gerade in der Bauwirtschaft großes Potenzial. Erst wenn die in unseren Gebäuden gebundenen Materialien durch regulatorische Vorgaben als Rohstoffe einen angemessenen Wert erhalten, wird „Urban Mining“ sein volles Potenzial entfalten können.

Planung und digitale Fertigung in der Baubranche

Die Planungsphase der Projekte bekommt eine neue Rolle im Bauablauf. Sie gewinnt an zentraler Bedeutung. Nur eine Beschäftigung mit dem gesamten Lebenszyklus – bis zum Abbruch des Bauobjekts – bereits in dieser frühen Phase, ermöglicht verschiedene Nutzungsformen und Trennbarkeit von Bauteilen und -stoffen mit weit geringem Aufwand, als wenn dies nicht vorgedacht würde. Aber auch der Planungsvorgang selbst verändert sich rasch. Mithilfe digitaler Technologien, wie zum Beispiel mit Generative Design, einem Verfahren zur KI-basierten Optimierung von Planungsvarianten, kann vorgegebenen Kennwerten für Flächen- und Ressourceneffizienz bestmöglich entsprochen werden. Dokumentiert werden die Planungsstände sowie die finale Ausführungsplanung als digitaler Zwilling in einem Building Information Management (BIM) System. Wobei diese Modelldaten auch zur Produktion von Bauteilen wie auch zur Andienung an die Baustelle herangezogen werden können. Was als „Design to Production“ bezeichnet wird.

Mit den neuen Planungsmethoden lassen sich auch komplexe, der Natur nachempfundene ressourceneffiziente Bauteile entwerfen, wie zum Beispiel dem Gradientenbeton, mit dem Tragwerkselemente mit bis zu 40 Prozent weniger Beton hergestellt werden können [18]. Steuert man mit BIM-Modellen schon seit geraumer Zeit die Produktion im Fertigteil- und Modulbau an, so weitet man diese Herangehensweise auf sogenannte 3D-Drucker aus, um rascher und materialeffizient Bauteile aus Mörtel und Beton und ganze Gebäudeteile herzustellen [27]. Oder zur Steuerung von Bohrrobotern auf der Baustelle [28]. Vom Einsatz robotischer Anwendungen verspricht man sich großes Potenzial zur Erhöhung der Ausführungsqualität wie auch zur Erhöhung der Sicherheit des Baustellenpersonals. Nicht zuletzt bieten diese Technologien die Möglichkeit, unter anderem dem zunehmenden Fachkräftemangel zu begegnen.

Die Verheißung der Digitalisierung in der Bauwelt

Wurden digitale Projekträume für das Projektmanagement schon vor 20 Jahren verwendet, fand die Digitalisierung erst richtig Einzug in die Bauwelt mit dem Building Information Modelling bzw. Management (BIM). Und wie in allen anderen Arbeits- und Lebensbereichen auch, wird die fortschreitende Durchdringung digitalbasierter Anwendungen ein wesentlicher Innovationstreiber für die Bauwirtschaft sein. „Digitalisierung“ steht dabei einerseits für die rechnergestützte differenziertere statische Bemessung komplexer Bauteile oder die Erstellung eines virtuellen Zwillings des Vorhabens sowie der umfassenden, stets nach zuführenden technischen und kaufmännischen Dokumentation des Baufortschritts. Allein schon dadurch wird die Qualität der Ausführungen gesteigert, weil Entscheidungen auf einer besseren Informationsgrundlage und zeitiger getroffen werden können. Darüber hinaus können nun durch die Vernetzung von Daten verschiedener Projekte untereinander und der systematischen Auswertung großer Datenmengen neue Erkenntnisse gewonnen werden, zum Beispiel um Risiken zu mindern und sich anbahnende Fehlentwicklungen frühzeitiger zu erkennen oder auch neue um Geschäftsmodelle abzuleiten. Die Analyse von Bauprojektdaten gilt als vielversprechendes Zukunftsfeld [29]. Auf diesem Gebiet steht die Bauwirtschaft erst am Anfang einer spannenden Entwicklung, welche die Branche nachhaltig verändern wird.

Die Baubranche in der Zukunft

Dass nun ein Paradigmenwechsel in der Art und Weise, wie wir bauen, dringend eingeläutet werden muss, darf als Konsens angesehen werden. Diese Herkulesaufgabe bietet dem notorisch eher trägen Bausektor jedoch auch enorme Chancen. Diese zu ergreifen gilt es jetzt, mit aus den Beteiligten des Bausektors gemeinschaftlich entwickelter Innovationen.

Der Lebenszyklusansatz bietet das methodische Gerüst eines integralen Ansatzes. Damit nicht jede Bauprojektphase, von der Planung bis zum Abriss separat geplant, bewertet, finanziert wird. Dieses ganzheitliche Vorgehen eröffnet die Möglichkeit den Ressourcenverbrauch durch aufeinander abgestimmte Prozesse zu reduzieren. Damit dies gelingt, muss dazu die Fragmentierung des Bausektors überwunden werden. Das erfordert eine bisher noch nie dagewesene Form von Zusammenarbeit, welche etablierte, kulturell geprägte Arbeitsweisen, rechtliche Fragestellungen wie auch bestehende Geschäftsmodelle infrage stellen wird. Bauwerke nach dem Lebenszyklusansatz zu planen bedeutet auch, Informationen und Daten der Gebäude über Jahrzehnte vorzuhalten und aktualisiert zu halten, Voraussetzung für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft.

Neue Technologien, seien es Exoskelette, die bei beschwerlichen und gefährlichen Tätigkeiten unterstützen, oder autonome Flug- oder Laufdrohnen oder auch KI-unterstützte Planungssoftware sowie Kollaborationsplattformen, auf denen die Baubeteiligten sich in Echtzeit, ungeachtet ihres Standortes über den Projektstatus austauschen und entsprechend entscheiden können, erweitern die Möglichkeiten für enorme Qualitäts- und Effizienzsprünge, erhöhen die Sicherheit und geben Antworten auf den sich bereits abzeichnenden Fachkräftemangel. Darüber hinaus – und man möge dies nicht unterschätzen – bieten die technologischen Entwicklungen einen enormen Reputationsschub, über dessen Ermangelung der Bausektor lange Zeit litt. Denn Bau wird einerseits besonders wichtig („eine nachhaltige Zukunft geht nur mit Bau“) und „Bau goes tech“ (Robotik, KI, big data). Beides trägt stark zur Attraktivität der Bauwirtschaft bei – zur rechten Zeit, denn für die bevorstehenden Aufgaben bedarf es guter Köpfe.

Literatur

1. UNEP: Towards zero-emission efficient and resilient building. 2016.
2. International Energy Agency: Global Status Report for Buildings and Construction. Technology Report in collaboration with UN Environment Programme. 2019.
3. Traufetter G.: Abfallverordnung: Seehofer blockiert Schuttrecycling. Spiegelonline vom 22.1.2021.
4. Allwood, J.; Cullen, J.: Sustainable Materials without the hot air. Cambridge, 2019.
5. World Economic Forum: Shaping the Future of Construction – A Landscape in Transformation. Industry Agenda. 2016.
6. Andrew R. M.: Global CO2-Emissions from cement production. In: Earth System. Sci. Data. Vol. 10 (2018) , pp 195–217. [DOI 10.5194/essd-10–195–2018]
7. Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft: Energieeffizienzreport. 2012. https://www.bdl.aero/de/veroffentlichungen/energieeffizienzreport/energie-effizienz-report-2012/. [Letzter Zugriff am 08.04.2021]
8. Hebel, D.: Nachhaltige Alternativen. Zukunftsblog | Zukunftsstädte, Singapore-ETH Centre, Sand (Teil 2). 2014.
9. UNEP: Sand, rarer than one thinks. Global Environmental Alert Service. 2014.
10. IntCDC: Exzellenzcluster „Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“. www.intcdc.uni-stuttgart.de. 2018.
11. Kübler: Fünf Jahre Pariser Klimaabkommen – eine Bilanz. Deutsche Welle 11.12.2020, Deutsche Welle. [Letzter Zugriff am 27.2.2021]
12. EC: European Construction Sector Observatory. EU Construction sector: In transition towards a circular economy. Trend paper Series. 2019
13. World Green Building Council: Bringing Embodied Carbon Upfrom. The building and construction sector can reach net zero carbon emissions by 2050. 2019.
14. Reininger, M.: Graue Energien in Gebäuden der STRABAG Real Estate. Zentrale Technik, Interner Bericht. 2020.
15. NZZ:. „Bis 2050 produzieren wir klimaneutrales, rezyklierbaren Baumaterial. Interview mit CEO von Holcim Schweiz und Italien, Nick Traber. Neue Zürcher Zeitung. 5.7.2020.
16. Sobek, W.: „The last frontier? Über die Optimierung des Innenraums“, Vortrag, Innovationskongress Villach,16.11.2017.
17. Churkina, G. et al.: Buildings as a global carbon sink. In: Nature Sustainability. Vol. 3. (2020), pp. 269–276, [DOI 10.1038/s41893–019–0462–4].
18. Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau (Hrsg.): Leichtbau GmbH BaWü. Leichtbau im Bauwesen. Praxisleitfaden zur Entwicklung und Anwendung ressourcen- und emissionsreduzierter Bauprodukte. 2018.
19. Baumann: Smartes Büro „The Edge“ setzt neue Maßstäbe für den Arbeitsplatz der Zukunft. www.pulse.de/the-edge-amsterdam-smartes-buero. [Letzer Zugriff am 1.8.2019].
20. Sobek W. (2019). Aktivhaus B10. Werner Sobek – Engineering, Design & Nachhaltigkeit. Geman-Architects.com
21. Sobek W.: Aktivhäuser und das Prinzip der Schwesterlichkeit. Vortrag. Kongress: Stadt der Zukunft – Zukunft der Stadt, 24.6.2014, Stuttgart.
22. Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung: Wege zum Effizienzhaus Plus. Grundlagen und Beispiele für energieerzeugende Gebäude. 6.Auflage, 2018.
23. EC: Renovation wave. https://ec.europa.eu/energy/topics/energy-efficiency/energy-efficient-buildings/renovation-wave_en [Letzter Zugriff am 25.2.2021]
24. Energiesprong: The Netherlands https://energiesprong.org/country/the-netherlands/ [Letzter Zugriff am 5.3.2021]
25. Dena: Energiesprong – Komfortable, architektonisch ansprechende Häuser mit NetZero-Standard, die für jedermann erschwinglich und innerhalb weniger Wochen Bauzeit umsetzbar sind: Das Energiesprong-Prinzip revolutioniert den Sanierungsmarkt. www.energiesprong.de/startseite/ [Letzter Zugriff am 5.3.2021].
26. Braungart, M.; McDonough, W.: Cradle to Cradle: Remaking the Way we make things. North Point Press. New York, 2003.
27. Deutscher Betonverein: Digitale Fertigung im Betonbau. Internationales Kolloquium, ausgerichtet vom Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein E.V. (DBV), Deutschen Ausschuss für Stahlbeton e.V. (DAfStb) und der Vereinigung RILEM . https://www.bauen-aktuell.eu/betonbau-trends-in-digitaler-fertigung-und-3d-druck/, Berlin. [Letzter Zugriff am 30.1.2020].
28. Züblin & Hilti: Erste Erfahrungen mit Bohrroboter für den Ausbau am Großprojekt Office V. Interner Bericht, 2019.
29. Krammer P.; Pralle, N.: . Bauen von morgen – aus der Sicht eines Generalunternehmers. In: Bauingenieur Jahresausgabe, 2019/2020, S. 132-141.

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