Umsetzung von Nachhaltigkeitsaspekten im ­Brückenbau – was hält uns auf?

Die Ursachen und Auswirkungen des Klimawandels sind im Bewusstsein der Bauschaffenden angekommen. Kaum eine Konferenz, kaum eine Förderung von Forschung oder eine Podiumsdiskussion findet statt, ohne dass das Thema Nachhaltigkeit eine Rolle spielt – und das ist gut und wichtig.

1 Was uns hindert, nachhaltig zu planen

Auch das Wissen darüber, welche Auswirkungen das Bauwesen durch seine hohen Ressourcenverbräuche und die damit verbundenen hohen Treibhausgasemissionen, aber auch das hohe Abfallaufkommen hat, wurde bereits in zahlreichen Quellen publiziert [1]. Dennoch findet das Thema bei der Planung von Ingenieurbauwerken aus Sicht der Verfasser aktuell noch zu wenig Beachtung. Gründe hierfür sind projektspezifische, wie bspw.:

• keine zwingende Verpflichtung durch Richtlinien, Regelwerke oder Gesetze, sich mit dem Thema auseinanderzusetzen,
• Ungewissheit der Auftraggeber über das Thema Nachhaltigkeit, womit die Abfrage einer nachhaltigen Planung und Bauausführung nicht stattfindet,
• Angst vor erhöhten Kosten, aber auch die Intransparenz von Betriebs- und Rückbaukosten im Vergleich zu den Herstellungskosten.

Doch auch persönliche Gründe erschweren eine Implementierung von Nachhaltigkeitsaspekten in die Planung. Ursächlich sind hier z. B.:

• fehlende Kapazitäten und mangelndes Interesse, sich mit dem Thema zu beschäftigen,
• Unbequemlichkeit, sich mit dem komplexen Thema des nachhaltigen Bauens auseinanderzusetzen, wo man Etabliertes gewohnt ist. 2 Wer will, findet Wege 2.1 Literaturrecherche

Zum Thema nachhaltiges Bauen lassen sich zahlreiche Veröffentlichungen finden, die Anregungen zur Optimierung von verschiedenen Nachhaltigkeitsaspekten im eigenen Projekt geben. Und dies unabhängig davon, ob es sich um ein Projekt im Hoch-, Industrie-, Brücken- oder Wasserbau handelt. Diese Quellen helfen bei der Einarbeitung in das Thema, aber auch beim Fachaustausch zu verschiedenen Nachhaltigkeitsaspekten mit Projektbeteiligten und Auftraggebern.

2.2 Von der Vergangenheit lernen

Der Blick in die Vergangenheit verdeutlicht, dass ressourceneffizientes Bauen etwas ist, das wir vor dem Hintergrund stetig steigender Personalkosten verlernt haben. Das Verhältnis von Materialkosten zu Personalkosten ist für die am Bau relevanten Baustoffe in den letzten Jahren stetig gesunken. Das hat u. a. zur Folge, dass kraftflussorientierte Systeme, wie z. B. gevoutete Träger, nicht mehr die Regel sind. Wir bemessen den Wert des ­Materials fälschlicherweise an dessen Preis, was Materialverschwendung fördert und sich am Ende auch in einem hohen Abfallaufkommen auf Baustellen niederschlägt. Insbesondere die kraftflussorientierten Bauweisen gilt es in unsere heutige Baukultur wieder zu etablieren. Nicht mit dem Ziel, Materialkosten zu sparen. Es gilt im Wesentlichen, Umweltwirkungen und Ressourcenverbräuche sowie das Abfallaufkommen zu minimieren, welche über den gesamten Lebenszyklus einer Baukonstruktion entstehen (Bild 1).

2.3 Methoden der nachhaltigen Planung

Die drei Methoden der nachhaltigen Planung – die Suffizienz , die Konsistenz und die Effizienz – können wirksam helfen, altbewährte Lösungen zu hinterfragen und Nachhaltigkeitsaspekte durch neue Ideen und Vorstellungen in die Planung zu integrieren (Bild 2).

• Suffizienz = weniger = aufgrund reduzierten Bedarfs weniger Mittel benötigen
• Konsistenz = anders = Dasselbe auf anderem Wege und mit weniger Mitteln erreichen
• Effizienz = besser = Verbesserung des Verhältnisses von Aufwand zu generiertem Nutzen

Vor dem Hintergrund der Suffizienz ist es zu Projektbeginn zweckmäßig, die an die Baukonstruktion gestellten Anforderungen, wie bspw. Abmessungen, Lasten oder Ausstattung, zu hinterfragen.

Mit der Methode der Konsistenz werden alternative Lösungsansätze auf Systemebene bis hin zu Detailpunkten hinterfragt und nach alternativen, nachhaltigen Lösungsansätzen gesucht. Ein Beispiel stellt die Minimierung des Zementklinkeranteils durch dessen Substitution durch alternative Bindemittel wie bspw. Kalkstein, Hüttensand oder Flugasche dar. Dies ermöglicht den Einsatz von Betonen gleicher Festigkeit, aber mit deutlich geringeren CO₂-Emissionen [2].

Im Zuge der Effizienz wird versucht, die Nachhaltigkeit von Tragsystemen von zum Einsatz kommenden Materialien oder von technischen Anlagen zu optimieren. Beispiele sind dem Schnitt kraftverlauf folgende Bauteilabmessungen oder die Verwendung von Stahl mit höheren Festigkeiten.

2.4 Zertifizierungssysteme des Hochbaus

Die im Hochbau erfolgreich eingeführten nationalen Zertifizierungssysteme [3, 4] wurden in Anlehnung an die Nachhaltigkeitsstrategie des Bundes [5] entwickelt und ermöglichen es, die Nachhaltigkeit im Bauprozess ganzheitlich zu bewerten. Der Nachhaltigkeitsgedanke basiert auf dem Dreisäulenmodell, bei dem die Hauptkriterien

• Ökologische Qualität,
• Ökonomische Qualität,
• Soziale Qualität

in gleichem Maße berücksichtigt werden. Diese drei Säulen werden durch die Hauptkriterien

• Technische Qualität,
• Prozessqualität,
• Standortmerkmale

erweitert. Konkret für den Brückenbau stehen den Auftraggebern bzw. Planenden aktuell keine Zertifizierungssysteme zur Verfügung. Es gibt aber bereits Normen, welche Hinweise zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Ingenieurbauwerken enthalten [6]. Darüber hinaus wurden bereits Forschungsprojekte [7–11] durchgeführt, welche eine Zertifizierung von Straßeninfrastrukturprojekten zum Ziel hatten. Die verpflichtende Einführung ist aber nicht erfolgt. Sollen Auftraggeber und Planende im Brückenbau nun warten, bis ein Zertifizierungssystem für Infrastrukturbauten zur Verfügung steht? Nein, frei nach Willy Brandt „Kleine Schritte sind besser als keine Schritte“ sollten einzelne Nachhaltigkeitsaspekte – auf Grundlage des bereits vorhandenen Wissens – in Planung und Bauausführung integriert werden. Eine Qualifizierung der Brückenplaner, z. B. über Weiterbildungsangebote der etablierten nationalen Zertifizierungsinstitutionen des Hochbaus, wird dabei als notwendig erachtet. Nachfolgend wird aufgezeigt, wie sich ausgewählte Nachhaltigkeitsaspekte der sechs Hauptkriterien von BNB [3] und DGNB [4] im Zuge der Planung von Brückenbauwerken bereits berücksichtigen lassen und der Brückenbau so an dem Wissen sowie den gesammelten Erfahrungen der etablierten Zertifizierungssysteme des Hochbaus partizipieren kann.

3 Lösungsansätze für den Brückenbau

3.1 Ausschreibung und Vergabe

Die Berücksichtigung von Nachhaltigkeit in Ausschreibung und Vergabe beschreibt einen Teilbereich des Hauptkriteriums Prozessqualität . Der Teilbereich ist ein sehr wichtiger Baustein, um die Nachhaltigkeit von Baukonstruktionen sicherzustellen. Erste Anregungen sind bspw. in [12] enthalten. Nachhaltigkeitsaspekte können aber nicht erst im Zuge von Ausschreibung und Vergabe in die Planung implementiert werden. Die Weichen für eine nachhaltige Baukonstruktion sowie Bauausführung werden in den frühen Planungsphasen gestellt. Hier sind in einer Zielvereinbarung die relevanten Nachhaltigkeitsaspekte zwischen Auftraggeber und Planenden verbindlich festzulegen. Diese Nachhaltigkeits­aspekte werden bereits im Zuge der Variantenuntersuchung bei der Festlegung der Vorzugsvariante berücksichtigt.

3.2 Standortparameter

Ein weiteres Hauptkriterium stellt die Standortqualität dar. Dieses erfasst und bewertet bspw. Umweltrisiken am Standort, welchen das Bauwerk zukünftig ausgesetzt ist. Die Baugrundverhältnisse, einschließlich Grundwasserspiegel, werden in diesem Kriterium frühzeitig bewertet, da diese die Gründung bzw. Herstellung des Bauwerks und somit das Ergebnis der Variantenuntersuchung erheblich beeinflussen.

3.3 Kreislaufwirtschaft

Ein maßgebender Aspekt aus dem Hauptkriterium Technische Qualität ist das zirkuläre Bauen. Kern ist die Kreislaufführung von Stoffströmen, mit der ein wichtiger Beitrag zur Schonung natürlicher Ressourcen geleistet werden soll [3]. Zirkuläres Bauen ist ein sich selbst erholendes und erneuerndes Wirtschaftssystem, dessen Prämisse der Erhalt des höchstmöglichen Nutz- und Geldwerts seiner Materialien und Produkte in geschlossenen Stoffkreisläufen ist [13]. In diesem regenerativen System werden Ressourceneinsatz und Abfallproduktion, Emissionen und Energieaufwendungen durch das Verlangsamen, Verringern und Schließen von Energie- und Materialkreisläufen minimiert. Im Gegensatz zur Kreislaufwirtschaft steht die Linearwirtschaft, in der der überwiegende Teil der eingesetzten Rohstoffe nach der ersten, meist einmaligen Nutzungsphase verbrannt oder deponiert wird. Handlungswege, um mit Bauwerken, Bauteilen oder Werkstoffen in eine Kreislaufführung zu gelangen, sind bspw.:

• hohe Nutzungsdauer der Baukonstruktionen anstreben,
• kreislaufgerechte Produkte verwenden, d. h. Produkte, die nach einer Nutzungsphase ohne Qualitäts- und Werteverluste oder Gefährdung der Umwelt wieder in geschlossenen Kreisläufen aufgehen,
• Wiederverwendung (Beibehaltung der stofflichen Zusammensetzung und der Gestalt, jedoch ggf. mit neuer Nutzung/Umnutzung),
• Instandhaltung und Reparatur,
• Recycling,
• Führen von Bauwerksbüchern und Bauteilkatalogen, in denen die Mengen und Qualitäten der verwendeten Baustoffe und Bauteile detailliert beschrieben sind.

3.4 Soziokulturelle Ansätze

Das Hauptkriterium Soziokulturelle und funktionelle Qualität hat eine hohe Bedeutung bei der Beurteilung einer Baukonstruktion durch die Nutzer und die Gesellschaft. Im Brückenbau maßgebend und beeinflussbar sind bspw. die Sicherung der gestalterischen Qualität sowie die Gewährleistung der Funktionalität.

3.5 Kosten im Lebenszyklus

Im Hauptkriterium Ökonomische Qualität werden mithilfe der Lebenszykluskosten die langfristige Wirtschaftlichkeit sowie die Wertentwicklung der Baukonstruktion bewertet. Im Zuge der Lebenszykluskostenanalyse werden mittels der Barwertmethode alle Kosten, die im Lebenszyklus entstehen (Kapitalwert), durch einen vorgegebenen Prozentsatz (nach [3] 1,5 %, nach [4] 3 %) und unter Berücksichtigung der Lebensdauer des Bauwerks auf ein benötigtes Anfangskapital (Barwert) zurückgerechnet. Neben den Herstellungskosten werden erforderliche Instandhaltungs- und Instandsetzungskosten sowie die Rückbau- und Entsorgungskosten des Bauwerks berücksichtigt. Für den Brückenbau relevante Nutzungsdauern einzelner Bauteile sowie für deren Unterhaltung erforderliche Kosten können für den Brückenbau in erster Näherung der Ablösungsbeträge Berechnungsverordnung – ABBV [14] entnommen werden.

3.6 Ökobilanz

Das Hauptkriterium Ökologische Qualität beurteilt die Wirkung von Baukonstruktionen auf die globale und lokale Umwelt sowie die Ressourceninanspruchnahme, aber auch biodiversitätsfördernde Maßnahmen. Die ökologische Qualität gilt als Grundstein des Nachhaltigkeitsgedankens und hat über die Ökobilanz einen direkten Bezug zum Klimaschutz. Im Zuge der Ökobilanz werden die für das Bauwerk genutzten Stoff- und Materialmengen mit Umweltproduktdeklarationen (EPDs – Enviromental Product ­Declaration) kombiniert. Die EPDs beinhalten Informationen über bspw. das globale Erwärmungspotenzial, den Primärenergieverbrauch oder auch den Frischwasserverbrauch, der für einen Baustoff über den gesamten Lebenszyklus entsteht. Durch die Kombination von bauwerksbezogenen Stoff- bzw. Materialmengen mit den entsprechenden EPDs kann eine Aussage über die Umweltwirkungen und Ressourcenverbräuche einer Baukonstruktion abgeleitet werden.

Im Ergebnis der Ökobilanz können die CO₂-Emissionen z. B. über das CO₂-Schattenpreismodell [12] monetär bewertet und neben Herstellungs- und Lebenszykluskosten im Zuge der Variantenuntersuchung berücksichtigt werden.

4 Praxisbeispiel

Im Rahmen einer internen Untersuchung wurden bei INROS LACKNER für acht bereits geplante bzw. in der Planung befind­liche Brückenbauprojekte Ökobilanzen erstellt. Die Grundlage hierfür bildete jeweils die Mengenermittlung von Vor- oder Entwurfsplanung. Die Umweltwirkung Globales Erwärmungspotenzial und der Ressourcenverbrauch Total nicht erneuerbare Primärenergieträger wurden über den Lebenszyklus A–C (Cradle to Grave) und Lebenszyklus A–D (Cradle to Cradle) betrachtet und grafisch, in Bezug auf die Spannweite, ausgewertet (Bilder 3, 4). Zur besseren Vergleichbarkeit wurden die Umweltwirkungen und Ressourcenverbräuche auf die funktionelle Einheit der Brückenfläche bezogen. Die Datengrundlage bildete die ÖKOBAUDAT. Im Ergebnis stellt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Spannweite und den ökologischen Eigenschaften dar.

Der negative Ausreißer (Bilder 3, 4 – Detailpunkt 1) lässt sich auf schwierige Standortmerkmale und ein noch nicht ausgeschöpftes Optimierungspotenzial des Überbauquerschnitts zurückführen. Die Differenz dieses Projekts zwischen den verschiedenen Lebenszyklen A–C und A–D ergibt sich aus dem Recyclingpotenzial der für die Gründung benötigten Stahlspundwände. Der positive Ausreißer (Bilder 3, 4 – Detailpunkt 2) ist eine Aluminium-Fachwerkbrücke, der das große Recyclingpotenzial des gewählten Baustoffs zeigt. Allgemein kann aus der grafischen Auswertung auch eine Aussage zur Zirkularität der bilanzierten Bauwerke abgeleitet werden, die sich aus der Differenz der ökologischen Eigenschaften in den Lebenszyklen A–C und A–D ergibt.

Als Ergebnis der Untersuchung kann gesagt werden, dass im Mittel ein globales Erwärmungspotenzial (auch CO_2- Fußabdruck) von 1,7 t CO₂ -Äq./m² und 14.500 MJ/m² nicht erneuerbare Primärenergieträger in den Lebenszyklusphasen A–C (Cradle to Grave) emittiert bzw. verbraucht wurden. Ein Vergleich zu anderen Quellen [15] zeigt, dass die dort untersuchten Brücken alle in einem Referenzbereich zwischen 0,8 und 2,5 t CO₂ /m² Brückenfläche liegen. Der sich ergebene Mittelwert deckt sich mit dem Ergebnis der eigenen Betrachtungen.

Die Betrachtungen hatten das Ziel der Deklaration der Umweltwirkungen Globales Erwärmungspotenzial und Verbrauch nicht erneuerbarer Primärenergieträger der geplanten Brückenbauwerke. Hiermit soll ein Erfahrungsschatz für aktuelle Grenzwerte entwickelt werden. Zukünftig soll dieser Erfahrungsschatz mit dem Ziel erweitert werden, die Brückenplanungen über die Referenzwerte zu optimieren. Dies alles mit dem Bestreben, das nachhaltige Bauen als neues Normal zu verstehen.

5 Zusammenfassung

In diesem Beitrag wurde der Grundgedanke der Nachhaltigkeit beschrieben und für die einzelnen Hauptkriterien aufgezeigt, welche Maßnahmen sich bereits heute nach Vorbild des Hochbaus in Brückenplanungen integrieren lassen. Es obliegt den Planenden, sich mit dem Thema auseinanderzusetzen und das erarbeitete Wissen im Dialog mit den Auftraggebern in die tägliche Arbeit zu integrieren. Auch ein Blick auf historische Bauweisen kann die Ressourceneffizienz der Baukonstruktionen erhöhen und in der Folge den CO₂ -Fußabdruck minimieren. Verstehen wir Nachhaltigkeit als neues Normal, nutzen wir neue Hilfsmittel – wie bspw. die Ergebnisse von Ökobilanzen –, um neue, nachhaltige Regelbauweisen zu entwickeln und so unsere Brückenplanungen aus Sicht der Nachhaltigkeit zu optimieren.

Literatur

1. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) Hrsg. Umweltfußabdruck von Gebäuden in Deutschland. Kurzstudie zu sektorübergreifenden Wirkungen des Handlungsfelds „Errichtung und Nutzung von Hochbauten“ auf Klima und Umwelt . BBSR-Online-Publikation 17/2020. Bonn.
2. VDZ Hrsg. Dekarbonisierung von Zement und Beton – Minderungspfade und Handlungsstrategien . Düsseldorf: Verein Deutscher Zementwerke.
3. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) (2019) Leitfaden Nachhaltiges Bauen . Berlin: Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (BMI). Ausgabe Januar 2019.
4. DGNB (2023) DGNB-System – Kriterienkatalog Gebäude Neubau – Version 2023 . 1. Aufl. Stuttgart: Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V.
5. Die Bundesregierung (2020) Deutsche Nachhaltigkeitsstrategie . Berlin.
6. DIN EN 17472:2022-09 (2022) Nachhaltigkeit von Bauwerken – Nachhaltigkeitsbewertung von Ingenieurbauwerken – Rechenverfahren . Berlin: Beuth. Ausgabe September 2022.
7. BASt (2016) Entwicklung einheitlicher Bewertungskriterien für Infrastrukturbauwerke im Hinblick auf Nachhaltigkeit . Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft B125. Bergisch Gladbach: Bundesanstalt für Straßenwesen.
8. BASt (2016) Konzeptionelle Ansätze zur Nachhaltigkeitsbewertung im Lebenszyklus von Elementen der Straßeninfrastruktur . Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft B126. Bergisch Gladbach: Bundesanstalt für Straßenwesen.
9. BASt (2016) Weiterentwicklung von Verfahren zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Straßenverkehrsinfrastruktur. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft B129. Bergisch Gladbach: Bundesanstalt für Straßenwesen.
10. BASt (2016) Pre-Check der Nachhaltigkeitsbewertung für Brückenbauwerke. Berichte der Bundesanstalt für Straßen­wesen, Heft B132. Bergisch Gladbach: Bundesanstalt für Straßenwesen.
11. BASt (2016) Anforderungen an Baustoff, Bauwerke und Realisierungsprozesse der Straßeninfrastruktur im Hinblick auf Nachhaltigkeit . Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft B133. Bergisch Gladbach: Bundesanstalt für Straßenwesen.
12. Püstow, M.; Müller, T.-O. (2024) CO₂ -Schattenpreis – ein wichtiger Impuls für klimaverträgliches Bauen. Wie die öffentliche Hand Klimaschutzziele erreichen kann . nbau – Nachhaltig Bauen 3, H. 1, S. 23–27. https://www.nbau.org/2024/02/16/co2-schattenpreis-ein-wichtiger-impulsfuer-klimavertraegliches-bauen
13. Heisel, F.; Hebel, D. (2021) Urban Mining und kreislaufgerechtes Bauen . Stuttgart: Fraunhofer IRB.
14. Verordnung zur Berechnung von Ablösungsbeträgen nach dem Eisenbahnkreuzungsgesetz, dem Bundesfernstraßengesetz und dem Bundeswasserstraßengesetz (Ablösungsbeträge Berechnungsverordnung – ABBV).
15. Görtz, S.; Pham, T. K. D. (2024) CO₂ -Berechnungen von Brücken mit Bauwerkslängen bis 40 m . Bautechnik 101, H. 2, S. 87–104. https://doi.org /10.1002/bate.202300098

Autor:innen

Dr.-Ing. Ronny Glaser, ronny.glaser@inros-lackner.de
Koordinator Nachhaltiges Bauen auf Basis des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB)

Tim Höltke, M.Sc., tim.hoeltke@inros-lackner.de
DGNB Consultant
INROS LACKNER SE, Cottbus
www.inros-lackner.de