Recyclingbeton

1. Potenziale und Praxisbeispiele für die Kreislaufwirtschaft

Die Wiederverwendung von Materialien und der effiziente Umgang mit natürlichen Ressourcen sind zentrale Themen auf dem Weg zu einer nachhaltigen Baubranche. R-Beton nimmt hierbei eine Schlüsselrolle für die zirkuläre Baupraxis ein. Im Auftakt unserer sechsteiligen Reihe stellen wir den Baustoff, dessen historische Entwicklung sowie aktuelle Bauprojekte vor.

1 Entwicklungsgeschichte des R-Beton

R-Beton blickt auf eine lange Entwicklungsgeschichte zurück: Bereits in der Antike nutzten die Römer Abbruchmaterial zur Herstellung ihres Baustoffs Opus Caementitium (in etwa: Werk aus Bruchsteinen [1]). In Deutschland reicht die Geschichte von R-Beton bis in die Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg zurück, als große Mengen Trümmerschutt – v. a. Ziegel, Mörtel und Putz – vorhanden waren. Aus Ziegelsplitt als leichter Gesteinskörnung wurden Ortbeton und Mauersteine hergestellt. Bekannte Beispiele für solche Gebäude sind das Technische Rathaus in Tübingen oder die Fatima-Kirche in Kassel [2].

In den 1990er-Jahren ermöglichten weiterentwickelte Aufbereitungstechniken eine hochwertigere Verarbeitung von Abbruchbeton. Beim Verwaltungsneubau der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) in Osnabrück wurden 1994 rd. 120 m³ Recyclingbeton mit Zustimmung im Einzelfall für statisch tragende Innenbauteile eingesetzt. Bei der Bundesgartenschau 1999 in Magdeburg kamen ebenfalls Recyclingmaterialien zum Einsatz: Aus Trümmerschutt entstanden Stützwände und landschaftliche Elemente, die bis heute der Beanspruchung durch Spritzwasser und Frost-Tausalz standhalten. Bekanntestes Beispiel für den Einsatz von R-Beton, das auch über die Grenzen Deutschlands hinaus als architektonisches Unikat bekannt ist, ist die im Jahr 2000 fertiggestellte Waldspirale von Friedensreich Hundertwasser in Darmstadt. Das Wohngebäude wurde mit über 12.000 m³ R-Beton realisiert. 2010 folgte die Realisierung einer weiteren Wohnbebauung mit R-Beton in Ludwigshafen am Rhein [3, 4].

2 R-Beton heute

In den 2010er-Jahren wurde es etwas ruhiger um den Baustoff, der in den letzten Jahren aber wieder an Nachfrage gewonnen hat. Sowohl auf Bundes- als auch auf Landesebene werden Förderprogramme ausgeschrieben. Auch in puncto Rahmenbedingungen stehen Änderungen bevor: Demnächst wird die neue DIN 1045-2 in Deutschland flächendeckend gültig sein, die R-Beton mit bis zu 25 % rezyklierter Gesteinskörnung für die meisten Anwendungen ohne weitere Nachweise ermöglicht. Außerdem gibt es zusätzliche Regeln für den Einsatz von bis zu 45 % rezyklierter Gesteinskörnung für bestimmte Anwendungsfälle. Die neue Norm ermöglicht zudem, R-Beton bis zur Druckfestigkeitsklasse C50/60 einzusetzen, was ihn für anspruchsvolle Bauvorhaben attraktiver macht. Doch trotz der Fortschritte in Technik und Normierung ist der Einsatz von R-Beton in Deutschland im Vergleich zu anderen Ländern wie der Schweiz, Belgien oder den Niederlanden noch zögerlich. Ziel muss sein, seine Potenziale weiter auszuschöpfen, dabei aber gleichzeitig die Themen Transportwege und Mengenverfügbarkeit im Auge zu behalten.

Aktuell gibt es in Deutschland einen Bedarf an etwa 585 Mio. t Gesteinskörnungen jährlich. Die Menge der für Recyclingmaterial zur Verfügung stehenden Gesteinskörnungen, die aus dem Rückbau von Gebäuden und dem Straßenaufbruch gewonnen werden können, liegt jährlich bei etwa 77 Mio. t, also nur 13 % des Gesamtbedarfs an Gesteinskörnungen. Von diesen 13 % finden gut 50 % im Straßenbau Wiederverwendung, mit einer sehr guten Verwertungsquote von 93 % [5]. Dies ist ein nahezu geschlossener Kreislauf, der nicht durchbrochen werden sollte. Alles, was aus diesem Stoffkreislauf entnommen wird, muss durch Primärrohstoff ausgeglichen werden und verursacht zusätzliche Transportemissionen. In den verbleibenden 7 % befindet sich jedoch das Potenzial für recycelte Gesteinskörnungen, die für die Herstellung von R-Beton geeignet sind. Prinzipiell sollte der Fokus auf einer möglichst regionalen Wiederverwertung von Baustoffen liegen.

3 Definition und Zusammensetzung

Aber was genau ist eigentlich unter R-Beton zu verstehen? R-Beton ist ein Beton, der Anteile an rezyklierter Gesteinskörnung enthält. Das R steht dabei nicht nur für Recycling, sondern in erster Linie für ressourcenschonend, da durch die Verwendung der rezyklierten Gesteinskörnung (kurz: RC-Gesteinskörnung) v. a. Primärmaterial eingespart wird: Die Gesteinskörnung – für die Verwendung von Beton geeignete, gekörnte, mineralische Stoffe – macht mengenmäßig mit gut 79 M.-% den größten Anteil am Betonvolumen aus (Bild 1). Hier auf rezyklierte Materialien zu setzen, ist also ein zentraler Hebel, um endliche natürliche Ressourcen zu schonen.

4 Die Herstellung von R-Beton

Beton kann nach seiner Nutzung recycelt werden. Durch selektiven Rückbau, das Brechen des Altbetons und die fachgerechte Aufbereitung wird rezyklierte Gesteinskörnung, sog. RC-Gesteinskörnung, gewonnen (Bild 2). Das Recycling bietet zudem den Vorteil, dass sich die Materiallagerstätten in Form abbruchreifer Gebäude im Umfeld der Baustelle befinden können. Sofern auch die benötigte Recyclinginfrastruktur in der Nähe angesiedelt ist, lassen sich auf diese Weise lange Transportwege vermeiden.

Bei der aus dem Abbruchmaterial gewonnenen RC-Gesteinskörnung werden zwei Klassen unterschieden (Bilder 3, 4): Typ 1 (Betonsplitt) mit einem Anteil von mindestens 90 M.-% Betonbruch und maximal 10 % Nebenbestandteilen wie z. B. Ziegel oder Kalksandstein sowie Typ 2 (Bauwerkssplitt) mit mindestens 70 M.-% Betonbruch und maximal 30 % Nebenbestandteilen [1, 6–8].

Wie groß der Anteil dieser rezyklierten Gesteinskörnung im Beton sein darf, ist normativ begrenzt und wird aktuell noch durch die Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) geregelt. Demnach dürfen bei der Herstellung von R-Beton je nach Expositionsklasse maximal zwischen 25 und 45 V.-% der groben natürlichen Gesteinskörnung durch rezyklierte Gesteinskörnung ersetzt werden. Die rezyklierte Gesteinskörnung hat eine Korngröße von >2 mm [1]. Die neue DIN 1045-2 regelt auch die Verwendung von Brechsand.

Die Herstellung von Beton mit bis zu 100 % rezyklierter Gesteinskörnung ist technisch möglich – hier müssen jedoch für die Produkteigenschaften Verwendbarkeitsnachweise vorliegen.

5 Praxisbeispiele für den Einsatz von R-Beton

R-Beton unterscheidet sich bei der Verarbeitung in den meisten Fällen nicht von Beton mit natürlicher Gesteinskörnung [1]. Umso bedauerlicher ist sein zögerlicher Einsatz. Doch verschiedene Bauprojekte dienen hier als Vorreiter. Für den klima- und ressourcenschonenden Neubau der Umweltstation der Stadt Würzburg wurde R-Beton für die Errichtung der Sichtbetonwände verwendet, und erstmalig konnte der Einsatz von R-Beton in einem öffentlichen Gebäude in Bayern realisiert werden. Beim Schulgebäude Campus Rauner in Kirchheim unter Teck wurden rd. 6000 m³ Recyclingbeton verbaut. Dieser besteht zu rd. 30 % aus aufbereitetem mineralischem Bauschutt. Dabei ersetzten 1800 m³ Recyclingmaterial den Splitt als Gesteinskörnung. So konnten gleichzeitig primäre Rohstoffe sowie Transportwege vom Steinbruch zum Betonwerk und damit CO₂ eingespart werden. In Nürnberg kommt derzeit bei der Sanierung des in den 1910er-Jahren errichteten Volksbads R-Beton zum Einsatz. Rund 85 % aller Bauteile aus Stahlbeton werden aus dem ressourcenschonenden Baustoff hergestellt. Durch kurze Transportwege zwischen Abbruchbauwerk, Aufbereitung und Wiederverwendungsbauwerk verbessert sich die Umweltbilanz des R-Betons zusätzlich.

Das sog. Büscher-Recyclinghaus im nordrhein-westfälischen Heek zeigt, dass sogar die gesamte Gesteinskörnung durch Recyclingbaustoff substituiert werden kann (Bild 5). Bei den tragenden und nichttragenden Innenwandelementen wurde die Naturgesteinskörnung inkl. Sand zu 100 % durch nachhaltigen Recyclingbaustoff ersetzt. Die Fertigteile bestehen insgesamt zu 80 % aus Recyclingmaterialien. Dieser hohe Recyclinganteil ist in Deutschland einmalig.

Aktuelles Beispiel für die lokale Wiederverwendung des Bauschutts ist die Modernisierung der MHPArena (vormals Mercedes-Benz-Arena) in Stuttgart (Bild 6). Dort wurde beim Rückbau der Tribüne auf das Recycling von vor Ort abgebrochenem Baumaterial gesetzt. Am Stuttgarter Hafen wurde der abgetragene Bauschutt zerkleinert und sortiert und anschließend wieder auf der Arena-Baustelle verarbeitet. Zudem wurde CO₂-reduzierter Zement bei den Umbaumaßnahmen verwendet, der rd. 38 % des bei der Herstellung von herkömmlichem Beton entstehenden CO₂ einspart.

Auch beim Neubau des Rathauses im hessischen Korbach konnten beim Rückbau des Erweiterungsbaus aus den 1970er-Jahren insgesamt 62 % des mineralischen Abbruchmaterials wiedergenutzt werden (Bild 7).

Im Sinne einer konsequenten, lebenszyklusorientierten Kreislaufwirtschaft ist es in diesem Kontext entscheidend, die Rückbaubarkeit des verbauten Materials von vornherein bei der Planung eines Gebäudes mitzudenken. Das Schlagwort in diesem Kontext lautet Cradle-to-Cradle (wörtlich: von der Wiege zur Wiege) – ein Ansatz für einen idealtypischen Rohstoffkreislauf, in dem alle Rohstoffe eines Produkts nach dem Nutzungszeitraum im bestmöglichen Fall zu 100 % im Kreislauf bleiben und ohne Qualitätsverlust wiederverwendet werden [9]. Verbauter Beton ist schon heute bei allen Bauvorhaben nahezu zu 100 % trennbar und rezyklierbar.

6 Fokus: Nachhaltigkeit

Das Schließen eines 100%igen Stoffkreislaufs ist im Grunde kaum zu erreichen. Dennoch werden beim R-Beton die wichtigen Themen Kreislaufwirtschaft und Ressourceneinsparung adressiert. Die Verwendung von rezykliertem Material schont endliche natürliche Ressourcen. Im Sinne der Nachhaltigkeit macht so etwa auch das Qualitätssiegel Nachhaltiges Gebäude (QNG) klare Vorgaben zum Einsatz rezyklierter Gesteinskörnung: Für eine Zertifizierung mit dem QNG Plus müssen mindestens 30 % der Masse, beim QNG Premium sogar mindestens 50 % der Masse des im Hoch- und Tiefbau neu eingebauten Betons, der neu eingebauten Erdbaustoffe und Pflanzsubstrate (Gesamtmasse) einen erheblichen Recyclinganteil haben.

Damit die Verwendung von R-Beton auf das Ziel des Klimaschutzes einzahlt, ist zudem die Kombination mit CO₂-reduzierten Zementen von großer Bedeutung. Denn in puncto Emissionen wird der CO₂-Fußabdruck des Betons durch die Verwendung von rezyklierter Gesteinskörnung kaum verändert. Der zentrale Hebel zur CO₂-Reduktion bei R-Beton liegt daher in der Verwendung von innovativen, klinkerreduzierten Zementen bei gleichzeitiger Vermeidung langer Transportwege.

7 Fokus: CO2-Aufnahme

Genau wie herkömmlicher Beton kann R-Beton CO₂ zudem aktiv speichern: Über den natürlichen Prozess der Karbonatisierung im Zementstein nimmt R-Beton über den Lebenszyklus eines Gebäudes einen Teil seines CO₂-Ausstoßes selbst wieder auf. Durch zusätzliche innovative Technologien kann der CO₂-Fußabdruck von R-Beton weiter reduziert werden. So ermöglicht etwa die beschleunigte Karbonatisierung – ein Prozess, bei dem Gesteinskörnung gezielt mit reinem Kohlenstoffdioxid begast wird – die dauerhafte Speicherung von CO₂ im Beton. Das Schweizer Start-up neustark hat hierfür ein Verfahren entwickelt, das bereits erfolgreich bei einem Bauprojekt in Berlin erprobt wurde (Bild 8). neustark nutzt dazu rezyklierte Gesteinskörnung und bringt diese in einem Schnellverfahren in Kontakt mit 100%ig reinem, biogenem CO₂. Dieses CO₂ wird anschließend in der rezyklierten Gesteinskörnung dauerhaft eingelagert (Karbonatisierung). Der R-Beton wird so zur CO₂-Senke. Im Vergleich zum natürlichen Prozess der Rekarbonatisierung, der mehrere Jahre dauert, braucht dieser Prozess der aktiven Begasung nur etwa 12 h. Dieses Verfahren ist kein Pilotprojekt, sondern bereits auf dem Markt verfügbar.

8 Ausblick auf die Reihe

Mit der neuen Normierung und dem wachsenden Bewusstsein für nachhaltige Praktiken dürfte der Einsatz von R-Beton weiter zunehmen. Erfolgreiche Projektbeispiele zeigen: R-Beton ist mehr als nur eine Alternative – gemeinsam mit weiteren Technologien ist er der zentrale Schlüssel für eine zirkuläre Baupraxis, bei der die Ressourcenschonung im Mittelpunkt steht.

In den kommenden Ausgaben der nbau werden wir in dieser Beitragsreihe vertiefend verschiedene Aspekte rund um R-Beton ­beleuchten: politische und rechtliche Rahmenbedingungen, Betontechnik und Regelwerke, die Ökobilanzierung sowie die He­rausforderungen und Chancen von R-Beton. Wir würden uns freuen, wenn Sie uns in den nächsten fünf Ausgaben auf dieser spannenden Reise begleiten.

Literatur

1. InformationsZentrum Beton (2021) Zement Merkblatt Betontechnik: Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung – R-Beton [online]. Düsseldorf: InformationsZentrum Beton GmbH. https://www.beton.org/fileadmin/beton-org/media/Dokumente/PDF/Service/Zementmerkbl%C3%A4tter/B30.pdf [Zugriff am: 31. Oktober 2024]
2. Stürmer, S.; Fritz, W. (2020) Von historischen Ziegelsplitt- und modernen R-Betonen. Ein Plädoyer für mehr Akzeptanz von Recyclingbeton. Bausubstanz. Zeitschrift für nachhaltiges Bauen, Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege 11, H. 6, S. 37–43. https://www.bausubstanz.de/export/dokumente-bs/bs_kostenlose_beitraege_akt_ausgabe/BS_6_2020_Stuermer_Historischer_Ziegelsplitt_R_Betone.pdf
3. Aßbrock, O. (2022) Einsatz von Recyclingbeton in Deutschland. Betonprisma 114, S. 50–53. https://www.beton.org/fileadmin/beton-org/media/Inspiration/betonprisma/betonprisma_114_Kreisla%CC%88ufe_online.pdf
4. Berkenkemper, E. (2022) Hochbau mit Recyclingbeton. Drei Beispiele. Betonprisma 114, S. 24–27. https://www.beton.org/fileadmin/beton-org/media/Inspiration/betonprisma/betonprisma_114_Kreisla%CC%88ufe_online.pdf
5. Kreislaufwirtschaft Bau (2023) Mineralische Bauabfälle: Monitoring 2023. Bericht zum Aufkommen und zum Verbleib mineralischer Bauabfälle im Jahr 2020 [online]. Berlin: Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e. V. https://kreislaufwirtschaft-bau.de/Download/Bericht-13.pdf [Zugriff am: 31. Oktober 2024]
6. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (2017) Leitfaden zum Einsatz von R-Beton [online]. Stuttgart: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg. https://um.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-um/intern/Dateien/Dokumente/2_Presse_und_Service/Publikationen/Umwelt/Leitfaden_R-Beton.pdf [Zugriff am: 14. November 2024]
7. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (2023) R-Beton klimafreundlicher und ressourcenschonender: Leitfaden für Aufbereiter mineralischer Bauabfälle [online]. Stuttgart: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg. https://um.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-um/intern/Dateien/Dokumente/3_Umwelt/Abfall-_und_Kreislaufwirtschaft/R-Beton/Foerderprogramm-R-Beton-Leitfaden-Aufbereiter-2023.pdf [Zugriff am: 11. November 2024]
8. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (2023) R-Beton klimafreundlicher und ressourcenschonender: Leitfaden für Transportbetonhersteller [online]. Stuttgart: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg. https://um.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-um/intern/Dateien/Dokumente/3_Umwelt/Abfall-_und_Kreislaufwirtschaft/R-Beton/Foerderprogramm-R-Beton-Leitfaden-Transportbeton-2023.pdf [Zugriff am: 11. November 2024]
9. Braungart, M.; McDonough, W. (2014) Cradle to Cradle. Einfach intelligent produzieren. München: Piper.

Autor:innen

Kristine Hebenstreit, hebenstreit@solid-unit.de

Wiebke Zuschlag, zuschlag@solid-unit.de

solid UNIT e. V., Berlin

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