Treibhausgasemissionen im Hochbau

Seit 2005 unterliegen die meisten der baustoffproduzierenden Anlagen dem EU-Emissionshandel (ETS) und sind damit verpflichtet, für jede Tonne emittiertes CO₂ ein entsprechendes Zertifikat vorzulegen. Grundsätzlich müssen die Emissionsberechtigungen von den Anlagenbetreibern käuflich erworben werden und sollen somit einen Anreiz zur CO₂-Vermeidung schaffen. Viele der baustoffproduzierenden Anlagen (darunter Glas, Gips, Fliesen, Zement, Stahl, Ziegel, Holz etc.) befinden sich auf der sogenannten Carbon-Leakage-Liste der Europäischen Union (EU). Ziel der Liste ist das Verhindern einer Emissionsverlagerung in das europäische Ausland. Die Aufnahme einer Anlage bzw. eines Sektors mit einem erheblichen Carbon-Leakage-Risiko bewirkt laut EU-Kommision, dass die Zuteilung der Zertifikate bis 2030 zu 100 Prozent kostenlos erfolgen kann. Für alle anderen Sektoren gilt, dass die Zuteilung bis 2026 zu 30 Prozent kostenlos erfolgt und danach bis 2030 schrittweise ganz abgeschafft werden soll. Somit hat die Carbon-Leakage-Liste erheblichen Einfluss auf die Lenkungsfunktion des ETS bei der Baustoffproduktion.

Beton ist der am meisten verwendete Baustoff in Deutschland und trägt mit 16 Mio. t CO₂-Äquivalenten den größten Teil zu den Emissionen im Hochbauwesen bei. Im Jahr 2020 wurden in Deutschland etwa 35,5 Mio. t Zement produziert. Der Exportüberschuss lag bei rund fünf Mio. t. Damit ergab sich im Jahr 2020 ein erneuter Anstieg des Verbrauchs um rund fünf Prozent im Vergleich zu 2019. Der damit verbundene Ausstoß von Treibhausgasen stieg dadurch ebenfalls trotz leicht sinkender spezifischer Emissionen erneut an. Die größten Abnehmer von Zement im Inland stellen die Transportbeton- und Beton-Bauteilhersteller dar. Etwa ein Fünftel des Zementverbrauchs wird als Sack- und Silozement verwendet.

Die durch Beton verursachten Emissionen entfallen zu etwa zwei Dritteln auf das Hochbauwesen. Ein weiteres Drittel entsteht durch den Straßen-, Rohrleitungs- und Brückenbau (35,2 Prozent Tiefbau, Stand: 2021). Berücksichtigt man den Exportüberschuss und die Verbrennung von Abfällen bei der Klinkerherstellung (107 kg CO₂e/t Zement), ergeben sich für die Herstellung und den Verbrauch von Zement und Beton Emissionen in Höhe von rund 30 Mio. t CO₂-Äquivalente (2020). Der Großteil der CO2-Emissionen entsteht bei der Herstellung von Zement. Er liegt, ohne Berücksichtigung der Abfallverbrennung, je nach Druckfestigkeitsklasse des Betons zwischen 80 Prozent und 84,5 Prozent. Die übrigen 15 bis 20 Prozent verteilen sich auf den Energieverbrauch der Betonwerke und der Produktion der Gesteinskörnung, der Flugasche und der Zusatzmittel sowie auf den Transport.

Verantwortlich für die hohe CO₂-Intensität sind vor allem zwei Prozesse bei der Zementherstellung. Für das Brennen von Zementklinker benötigt man Temperaturen von bis zu 1.450 °C. Um solch hohe Temperaturen zu erreichen, werden unter anderem Brennstoffe wie Öl, Kohle und Gas verwendet. Sie machen etwa ein Viertel der eingesetzten Energieträger aus. Die daraus resultierenden Emissionen entsprechen etwa einem Drittel der Emissionen bei der Zementherstellung. Die übrigen zwei Drittel gehören zu den sogenannten rohstoffbedingten Prozessemissionen. Sie werden durch eine chemische Reaktion beim Brennen freigesetzt (Entsäuerung des Kalksteins).

Dämmstoffe spielen für das Erreichen der Treibhausgasneutralität im Gebäudesektor eine wichtige Rolle. In der Regel gilt, dass Dämmstoffe während ihrer Lebensdauer mehr Energie und Treibhausgasemissionen einsparen, als bei der Herstellung benötigt bzw. verursacht werden. Hinsichtlich der Treibhausgasemissionen gilt dies besonders dann, wenn die Wärmeerzeugung durch fossile Brennstoffe dominiert wird. Je höher jedoch der Anteil der erneuerbaren Energien bei der Wärmeerzeugung ist, umso mehr Aufmerksamkeit sollte auf die Wahl der Dämmstärken und -materialien gelegt werden.

Der Absatz von Dämmstoffen und die damit verbundenen Emissionen haben 2020 die Grenze von fünf Mio. t CO₂-Äquivalenten erreicht. Größter Emittent dabei ist die Mineralwolle (Glas- und Steinwolle) mit fast zwei Mio. t CO₂-Äquivalenten gefolgt von expandiertem Polystyrol (EPS) mit rund 1,5 Mio. t CO₂-Äquivalenten. Berücksichtigt man das Verhältnis zwischen Absatzmenge und Treibhausgasemissionen, erweisen sich extrudierte Polystyrole (XPS) als am klimaschädlichsten. Nachwachsende Dämmstoffe spielen aufgrund der bisher geringen Absatzmenge und der guten Bilanzwerte eine untergeordnete Rolle bei den Treibhausgasemissionen. Berücksichtigt man das Verhältnis zwischen Absatzmenge und Treibhausgasemissionen, erweisen sich extrudierte Polystyrole (XPS) bei der Herstellung und Entsorgung als am klimaschädlichsten. Im Vergleich zu 2019 stieg die Summe der Emissionen leicht an. Grund für den Anstieg sind die steigenden Absatzmengen. Sie nehmen aufgrund der erhöhten Anforderungen an die Gebäudehülle (höhere Dämmstärken), die sowohl in den Förderbedingungen (KfW) als auch im Gesetzesrahmen (EnEV/GEG) gestellt werden, zu. Die erhöhte Bautätigkeit führt ebenfalls zu einem stärkeren Absatz von Dämmstoffen.

Jährlich werden in Deutschland über 14 Mio. Fenster und über sieben Mio. Türen (Innen- und Außentüren) in Gebäuden verbaut. Fenster, Türen und Glas stellen zusammen mit 10,8 Mio. t CO₂-Äquivalenten (2019) den zweitgrößten Emittenten im Baustoffsektor dar. Der größte Teil wird mit fast fünf Mio. t CO₂-Äquivalenten durch den Einsatz von Glas (verbaut in Fenstern, Türen, Trennwänden etc.) verursacht, gefolgt von den Fensterrahmen mit 4,4 Mio. t CO2-Äquivalenten (2020). Bei den Rahmen machen, aufgrund der hohen Absatzmengen, die Polyvinylchlorid-Materialien (PVC) den größten Teil der Emissionen aus. Unter Berücksichtigung des Absatzmengenverhältnisses sind aus ökobilanzieller Sicht Fensterrahmen aus Metall am klimaschädlichsten. Das geringste Treibhauspotenzial weisen Fensterrahmen aus Holz auf. Einen erheblichen Anteil der Treibhausgasemissionen machen bei Fenstern die Fugenmaterialien aus. Gründe dafür sind die vergleichsweise klimaschädlichen Ökobilanzwerte und der Umstand, dass diese Materialien im Lebenszyklus eines Fensters durchschnittlich zweimal ausgetauscht werden müssen. Türen (ohne Rahmen) verursachen jährlich rund 1,6 Mio. t CO₂-Äquivalente. Wie auch bei den Fensterrahmen schneiden Türen aus Metall am klimaschädlichsten und Türen aus Holz am klimafreundlichsten ab.

Im Jahr 2020 lag die gesamte Rohstahlproduktion in Deutschland bei 35,7 Mio. t und sank damit aufgrund der Corona-Pandemie das dritte Jahr in Folge (vgl. 43,3 Mio. t im Jahr 2017). Im Gebäudebereich reduzierte sich der Stahlverbrauch ab 2018 und die daraus resultierenden Emissionen sanken ebenfalls von 4,6 Mio. t CO₂-Äquivalenten im Jahr 2018 auf rund 4 Mio. t CO₂-Äquivalente im Jahr 2020. Im Vergleich zu vielen anderen Baumaterialien im Hochbau (wie beispielsweise Dämmstoffe oder Zement etc.) verzeichnet der Verbrauch von Stahl damit einen leichten Negativtrend. Stahl kommt im Hochbau überwiegend in Form von Betonstahl vor. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes lag die Produktion von Stahl in Form von Bewehrung in Beton bei rund 2,3 Mio. t im Jahr 2020. Weitere 0,4 Mio. t gingen in die Herstellung von vorgefertigten Gebäudeteilen aus Stahl und Eisen. Für eine Tonne Rohstahl werden aktuell 1,37 t CO₂ ausgeschieden. Für warmgewalzte Produkte und Halbzeug-Lieferungen liegt der Wert bei 1,45 t CO₂ pro Tonne Stahl.

Die fünf am häufigsten verwendeten Fußbodenbeläge in Deutschland sind Laminat, Parkett, Fliesen sowie textile und elastische (PVC, LVT, CV, Linoleum) Fußbodenbeläge. Zusammengenommen sind sie jährlich für rund 3,4 Mio. t CO₂-Äquivalente verantwortlich (2018 bis 2020). In der Bilanzierung der Treibhausgasemissionen schneiden die Beläge aus nachwachsenden Rohstoffen deutlich besser ab als die elastischen und textilen Bodenbeläge. Diese haben im Schnitt einen drei- bis fünffach höheren Ausstoß an CO₂ als Beläge aus nachwachsenden Rohstoffen. Fliesen liegen ökobilanziell betrachtet im Mittelfeld. Die leichten Schwankungen zwischen den Jahren 2018 bis 2020 entsprechen den schwankenden Absatzzahlen.

Die Produktion von Mauerziegeln in Deutschland lag im Jahr 2020 bei rund sieben Mio. m³ (ohne Ziegel für Boden- und Straßenbeläge) und stieg das dritte Jahr in Folge an. Die Produktion von Dachziegeln nahm 2020 ebenfalls zu und lag bei rund 600 Mio. Stück. Zusammen verursachten Mauer- und Dachziegel im Jahr 2020 rund 3,4 Mio. t CO₂-Äquivalente. Ursache für die Zunahme ist neben dem Anstieg der Produktion eine höhere Importquote im Vergleich zu 2019. Rund ein Drittel (30 Prozent) der bei der Produktion entstehenden CO2-Emissionen sind derzeit prozessbedingt (durch Ton und Porosierung). Die übrigen zwei Drittel sind energiebedingt (56 Prozent Erdgas, 14 Prozent Strom). Der Energieeinsatz ist dabei laut Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie aktuell stark durch den Einsatz von Erdgas (ca. 90 Prozent) geprägt und nur zu geringen Teilen durch Strom (ca. 10 Prozent).

Die Produktion von Kalksandsteinen lag im Jahr 2020 bei rund 4,5 Mio. m³. Kalksandstein trägt aufgrund der geringen Absatzmenge im Vergleich zu Ziegeln und Beton relativ wenig zu den jährlichen Treibhausgasemissionen bei. Aufgrund der gestiegenen Produktion lag der CO₂-Ausstoß durch Kalksandsteine 2020 bei etwa 1,2 Mio. t CO₂-Äquivalenten. Der Verbrauch von Gipsplatten lag im Jahr
2020 etwas über zwei Mio. t. Durch den Verbrauch von Gipsplatten werden jährlich etwa 0,62 Mio. t CO₂-Äquivalente ausgestoßen.

Eine der Möglichkeiten, um in Zukunft den Ausstoß von Treibhausgasen im Bauwesen zu verringern, ist das Substituieren von CO₂-intensiven Baustoffen durch weniger CO₂-intensive. Hierbei kommen insbesondere nachwachsende Materialien infrage. Sie haben in der Regel eine deutlich bessere CO₂-Bilanz und können heute nahezu überall verwendet werden. Durch die Nutzung von Holz könnte sogar eine CO₂-Senke  entstehen. Voraussetzung dafür ist jedoch vor allem eine nachhaltige Forstwirtschaft. Entsteht für einen gefällten und anschließend verarbeiteten Baum kein neuer, verlieren die nachwachsenden Materialien ihre positive CO₂-Bilanz. Aber auch die Substitution durch nicht nachwachsende Materialien kann Emissionen reduzieren. Je nach Anforderungen eines Bauteils kann dies mithilfe von Ökobilanzierungen überprüft und berücksichtigt werden.

Eine andere Option, die CO₂-Emissionen der eingesetzten Baustoffe zu verringern, stellen das Recycling und das Rückführen (stoffliche Verwertung) von Baustoffen in die ursprüngliche Produktion dar. Je nach Baumaterial landet ein nicht unerheblicher Teil der eingesetzten Stoffe nach dem Abriss eines Gebäudes auf der Deponie (13,2 Mio. t 2018 verbaut oder beseitigt) oder endet als niederwertiges Material  Downcycling). Verschnittreste und andere Baustellenabfälle (14 Mio. t 2018) enden häufig bei der thermischen Verwertung in der Energie- und Wärmeerzeugung. Hier ist der Recyclinganteil besonders gering und lag im Jahr 2018 bei 1,8 Prozent (0,3 Mio. t). Die Menge an Bauschutt betrug im Jahr 2018 60,4 Mio. t und nimmt seit 2010 (53,7 Mio. t) kontinuierlich zu. Diese Abfälle bieten Potenzial für das Recycling. Einige der eingesetzten Rohstoffe, wie beispielsweise Glas und Stahl, haben bereits heute schon hohe Quoten bei der Rückführung in die Produktion, andere hingegen sehr niedrige. Gründe dafür sind neben dem Aufwand (Kosten etc.) auch technisch begrenzte Möglichkeiten. So ist der maximale Einsatz von in die Produktion rückgeführten Materialien derzeit aufgrund der Qualitätsanforderungen eher gering und nur in begrenztem Maße möglich. Durch die Nutzung von rückgeführtem Material lassen sich jedoch viel Energie (in Form von Strom, Wärme und Schmelzenergie) und ursprünglich eingesetzte Rohstoffe und somit  auch Emissionen einsparen.

Eine weitere Voraussetzung für eine hohe Recyclingquote ist ein umfänglicher und sortenrein durchgeführter Rückbau. Dies ist jedoch bei einigen konventionellen Bauweisen nicht immer möglich. So nimmt beispielsweise die Rückbaubarkeit von Dämmstoffen je nach Bauweise (lose, mechanisch oder verklebt) zu oder ab. Zukünftig sollte beim Bauen neuer Gebäude der Rückbau im Hinblick auf die Rückführung der Baustoffe mehr Berücksichtigung finden.

In naher Zukunft wird es nicht möglich sein, sämtliche Baustoffe durch solche aus nachwachsenden Materialien zu substituieren. Auch das Recyceln und Rückführen von Bauabfällen werden nicht ausreichen, um Klimaneutralität im Bausektor zu erzielen. Um konventionelle Baumaterialien, wie beispielsweise Glas in Fenstern, zukünftig weiterhin nutzen zu können, müssen die Produktionsverfahren dieser Baustoffe klimaneutral werden. Um die Klimaziele zu erreichen, werden Verfahren benötigt, die sowohl die energiebedingten als auch die prozessbedingten Emissionen deutlich reduzieren.

Eine Möglichkeit, den  Produktionsprozess klimaneutral zu gestalten, liegt darin, so viele industrielle Prozesse wie möglich zu elektrifizieren. Der Einsatz von elektrischen Öfen und Hochtemperaturwärmepumpen könnte die Emissionen im Herstellungsprozess deutlich reduzieren und die Produktion bestimmter Materialien komplett elektrifizieren. Vorrausetzung dafür ist, dass der genutzte Strom vollständig aus erneuerbaren Energien stammt.

Wenn Temperaturen von mehreren Tausend Grad benötigt werden, ist Strom jedoch aus heutiger Sicht nicht die wirtschaftlichste Option. Daher besteht eine weitere Möglichkeit darin, fossile Energieträger wie Erdgas und Kohle durch Wasserstoff oder synthetische Gase zu ersetzen. Sie könnten zukünftig mithilfe erneuerbarer Energien sauber hergestellt werden (Grüner Wasserstoff) und die energiebedingten Emissionen der Baustoffindustrie reduzieren. Die Einführung und der Einsatz von Wasserstoff gelten dabei im Vergleich zu synthetischen Gasen als deutlich kostengünstiger und werden daher in der Planung der Transformation bevorzugt. Die Anwendung von Wasserstoff bei der Baustoffproduktion spielt heute jedoch noch keine Rolle und wird voraussichtlich frühestens ab 2030 deutlich an Fahrt aufnehmen können. Um die prozessbedingten Emissionen zu reduzieren, gibt es ebenfalls zwei Möglichkeiten. Die erste besteht darin, die Zusammensetzung bestimmter Materialien zu verändern. Beispielsweise könnten Betonsorten, die einen geringeren Anteil an CO₂-intensivem Zement benötigen, vermehrt zum Einsatz kommen. Eine andere Perspektive besteht darin, den prozessbedingten freigesetzten Kohlenstoff (bei Zement bis zu zwei
Drittel der Emissionen) mittels CCS oder CCU (Carbon Capture and Storage / Carbon Capture and Utilization) aus der Luft zu extrahieren. Dabei werden die abgeschiedenen Emissionen entweder zur  dauerhaften unterirdischen Einlagerung transportiert oder direkt für andere chemische Prozesse wiederverwendet.

Eine weitere Möglichkeit, die durch Baustoffe verursachten Emissionen zu senken, ist das suffiziente Bauen und Wohnen. Als Maßstab für das Wohnen dienen hier vor allem der Wohnflächenverbrauch je Einwohnerin oder Einwohner und die Anpassungsfähigkeit eines Wohngebäudes. Der Wohnflächenverbrauch je Einwohnerin oder Einwohner in Deutschland nimmt seit Jahrzehnten kontinuierlich zu und lag im Jahr 2020 bei 47,4 m² (zum Vergleich 1991: 34,9 m²). Je unflexibler der Wohnungsmarkt ist und je mehr der Wohnflächenverbrauch pro Kopf zunimmt, desto mehr Baustoffe werden auch benötigt, um diesen Wohnraum zur Verfügung zu stellen. Würde der Flächenverbrauch sinken und die Flexibilität des Wohnraums steigen, könnten demnach also auch die Emissionen im Bauwesen sinken.

Ein weiterer Aspekt hinsichtlich der Suffizienz ist der, dass die Nutzung von Bestandsgebäuden gegenüber Neubauten zu priorisieren ist. In den meisten Fällen ist die Sanierung die ökologischere Variante gegenüber dem Neubau, da hier jede Menge zusätzliche Baustoffe eingespart werden können. Die Überdimensionierung von Tragwerkskonstruktionen kann ebenfalls zu einem erhöhten Materialaufwand und schließlich zu mehr Emissionen führen. Um überflüssigen Materialverbrauch zu vermeiden, sollte bei der Planung genau darauf geachtet werden, wie viel Material nötig ist, um eine Tragwerkskonstruktion sicher zu gestalten.