Beton und Ziegel: Recycling mineralischer Baustoffe

Dieser Beitrag ist unter dem Titel „Der weiße Elefant“ im Deutschen Architektenblatt 05.2024 erschienen.

Die klassische Abrissbirne hat bei Bauruinen zwar längst ausgedient, und beim Sprengen von Gebäuden wird vor dem Einbau der Zünder längst alles rück- und ausgebaut, was nicht niet- und nagelfest ist, aber: Auf den Bausektor (inklusive Straßenbau) gehen pro Jahr rund 54 Prozent des gesamten Abfallaufkommens in Deutschland (2021: 412 Millionen Tonnen) zurück.

Hermann Keßler, der das Fachgebiet Ressourcenschonung am Umweltbundesamt leitet, gibt zu bedenken: „Die mineralischen Abfälle sind sozusagen der weiße Elefant, der im Raum steht, und jeder weiß, dass er da ist, aber keiner sieht ihn. Das liegt auch daran, dass wir eine Verwertungsquote von über 90 Prozent haben, und damit soll alles gut sein.“

Beton und Ziegel: Downcycling ist nicht Recycling

Dass sich die Branche mit diesem vergifteten Selbstlob im Club der Kreislaufwirtschaftenden wähnt, verdeckt das nicht ganz unwichtige Detail, dass Verwerten eben nicht Recyceln heißt. Nur 10,6 Prozent (13,7 Millionen Tonnen) der Fraktion „Boden und Steine“ haben es geschafft, nicht als klein gehacktes Schüttgut im „übertägigen Bergbau und in anderen Maßnahmen“ zu enden [1], sondern als Recycling-Baustoff ein neues Leben zum Beispiel als Betonbauteil oder in Ziegelwänden zu beginnen.

Auch bei den Kunststoffen gibt es noch viel Luft nach oben – obwohl hier der Materialrücklauf immer besser funktioniert, wird der größte Teil nach wie vor energetisch verwertet und somit dem Wertstoffkreislauf entzogen. So gehen in Deutschland beispielsweise momentan nur rund 18 Prozent Rezyklat in die Fensterprofilproduktion [2]. Technisch machbar aber wären 50 Prozent und mehr.

Mit Beton-Recycling graue Energie nutzen

Würden wir es wollen und verstehen, die verbauten Baustoffe in dem sogenannten anthropogenen Lager, sprich die graue Energie der bestehenden Wohn- und Nichtwohngebäude am Ende ihrer Lebensdauer wieder für neue Produkte und Baustoffe umfänglich zu nutzen, wäre der Sinn des Kreislaufwirtschaftsgesetzes erfüllt.

Doch das geschieht bislang noch viel zu wenig, sagt Hermann Keßler: „Das Lager ist nicht nur enorm – es beträgt im Moment so um die 52 Milliarden Tonnen, die wir an Materialien in die Technosphäre in Deutschland eingebracht haben –, sondern der Trend ist besonders besorgniserregend. Seit 1960 ist dieses Lager um 80 Prozent gewachsen.“

Baustoffe wieder herstellen

Umfängliches und hochwertiges Recycling bedeutet demnach, nicht nur die Verschnitt- und Produktionsabfälle auf Baustellen und in Werkshallen einzusammeln und sie wieder dem Rohstofflager zuzuführen, sondern den ursprünglichen und verbauten Baustoff am Ende seiner Lebenszeit möglichst wiederherzustellen.

Das Problem: Viele Bauteile und Baumaterialien sind irreversibel miteinander verbunden und zudem oft schadstoffhaltig. Und ist diese Hürde dann doch geschafft, scheitert man an Vorschriften, Normen und somit letztlich an Zulassungen für Recyclingprodukte.

Problem beim Beton-Recycling: rechtlich als Abfall definiert

Hinzu kommt deren miserables Image: Recyclingbaustoffe gelten immer noch als Baustoff zweiter Wahl. Ihnen fehlt ein eigener Produktstatus – eine verpasste Chance der am 1. August 2023 in Kraft getretenen Ersatzbaustoffverordnung, die bundeseinheitliche Vorgaben für den Umgang mit Recyclingbaustoffen im Straßen-, Wege-, Erd- und Schienenverkehrswegebau macht, aber nicht explizit regelt, dass gütegesicherte Ersatzbaustoffe eben kein „Abfall“ mehr sind.

Zwar gilt diese Verordnung explizit nicht für den Hochbau, hat aber für das Thema Recycling dennoch Signalwirkung. So mancher Bauherr wäre Recyclingprodukten zugeneigter, wenn er rechtlich gesehen kein Produkt aus „Abfall“ erwerben würde, sondern mit seiner Wahl eine positive Entscheidung im Sinne des zirkulären Bauens getroffen hat.

Klimaschädliche Zementherstellung

Zu den energieintensivsten Baustoffen zählen nach wie vor Beton und Ziegelbaustoffe. Beide Branchen stehen erheblich unter Druck – sowohl was die Vermeidung der immensen CO₂-Emissionen bei der Zementherstellung und dem Brennen der Ziegel angeht als auch den Verbrauch an Ressourcen wie Sand, Kies und Tonmaterialien. Immerhin gehen sieben bis acht Prozent der globalen Treibhausgas-Emissionen auf das Konto der Zementindustrie.

Wäre die Zementindustrie ein Land – sie stünde nach China, USA und Indien auf Rang vier der weltschlimmsten CO₂-Emittenten. In Deutschland verantwortete die Zementindustrie 2018 etwa 20 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente (direkte Emissionen ohne biogenen Anteil) – daneben nehmen sich die 1,74 Millionen Tonnen CO₂– pro Jahr bei der Ziegelindustrie fast schon bescheiden aus. Immerhin haben beide Branchen die Zeichen der Zeit längst erkannt und jeweils Roadmaps erarbeitet, wie sie bis 2045 beziehungsweise 2050 klimaneutral werden wollen.

Wie wird die Betonproduktion nachhaltiger?

Große Hoffnung setzt die Betonindustrie auf die sogenannten Breakthrough-Technologien, also das Abscheiden des CO₂ und dessen Nutzung oder Speicherung („Carbon Capture and Utilisation/Storage“ – CCU/CCS). Damit soll es gelingen, zehn Millionen Tonnen CO₂ zu neutralisieren.

Zusätzlich sieht dieses zweite Szenario die Einführung von neuen CEM-VI-Zementen mit einem Klinkeranteil zwischen 35 und 50  Prozent vor sowie die Nutzung von Wasserstoff als regenerativem Energieträger. Demnach ergibt sich bereits bis 2030 eine Reduzierung der Treibhausgase von rund 27 Prozent gegenüber 2019. Bis 2050 soll einschließlich externer Effekte eine vollständige Minderung der CO₂-Emissionen erreicht werden.

Wie wird die Ziegelproduktion nachhaltiger?

Die Ziegelindustrie hat auf ihrem Weg in die Klimaneutralität zwar schon erste Erfolge zu verzeichnen – zwischen 1990 und 2020 konnte sie die jährlichen CO₂-Emissionen um immerhin 40 Prozent von 2,9 Millionen Tonnen (1990) auf rund 1,74 Millionen Tonnen (2020) reduzieren. Trotzdem wird der Weg in die Klimaneutralität auch für diese Branche eine echte Herausforderung – ohne wasserstoffbefeuerte und elektrische Öfen ist dieses in der Roadmap von 2020 beschriebene Szenario nicht zu schaffen.

Daneben kommen hierfür alternative Tone ohne fossilen Kohlenstoff ins Spiel, also kalkfreie Tone, die derzeit die einzig denkbare Alternative zur vollständigen Reduktion der Prozessemissionen abbilden. Bis 2030 sinken der Roadmap zufolge die CO₂-Emissionen auf 0,8 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr, bis 2050 sinken sie dann auf Null. Man darf gespannt sein, ob das wirklich nach Plan funktioniert.

Beton-Recyling und Ziegel-Recycling erst am Anfang

In Anbetracht des erheblichen Energieeinsatzes für die Produktion von Beton und Ziegelbaustoffen ist es umso wichtiger, das Recycling in diesen beiden Sparten voranzubringen. Immerhin besteht derzeit nahezu jedes dritte fertiggestellte Wohngebäude überwiegend aus gebrannten Ziegeln. Im Jahr 2020 lag der Marktanteil der roten Bausteine bei rund 35 Prozent.

Und das Bauen ohne Beton ist heutzutage quasi undenkbar: Fundamente, Tiefgaragen, Stützen, Unterzüge, Decken – ohne Betonmischer auf der Baustelle läuft da nichts. Bei den Ökobilanzen macht der Massivbau aufgrund seiner Langlebigkeit zwar eine ganz gute Figur, jedoch geht es beim Recycling dieser Baustoffe in technologischer Hinsicht immer noch nur schleppend voran.

Wiederverwendung von alten Ziegeln

Bei den sogenannten „Altziegeln“ eignen sich nur wenige Bauprodukte für eine echte Wiederverwendung im ursprünglichen Zweck [3]. Mauerziegel, Pflasterklinker und Dachziegel gehören dazu. Historische Ziegel sind bei Sanierungen sogar begehrt, um beispielsweise Sichtziegelfassaden zu ergänzen oder daraus komplette neue Fassaden zu generieren. Entscheidend sind hier Optik, Ästhetik und die für Keramik typische Patina.

Allerdings sind auch technische Eigenschaften, Umweltverhalten und die Restlebensdauer historischer Bauprodukte zu beachten. Ist die Herkunft bekannt, kann schon per Augenschein eine Vorbewertung erfolgen. Von Ziegeln aus Ställen, Brandschutt oder Kaminmauerwerk sollte man indes lieber die Finger lassen – zu groß und zu unwägbar sind die stofflichen Belastungen.

Einer deutlich größeren Nachfrage als in Deutschland erfreuen sich historische Bauprodukte in Belgien, Dänemark und Frankreich. Folgerichtig wurde auch in Dänemark die erste Europäische Technische Zulassung (ETA) für gebrauchte Mauerziegel erteilt. Auch Deckungen aus Tondachziegeln können nach Sichtprüfung erneut auf Dächern ihre Funktion erfüllen.

Dabei sind Restlebensdauer sowie klimatische Verhältnisse zu beachten. Voraussetzung ist die fachgerechte Ab- und Wiedereindeckung. Informationen zu Hersteller und Produktionsdatum befinden sich als Prägung im Scherben auf der Rückseite.

Materialtrennung bei Dämmziegeln kein Problem

Bald 25 Jahre ist es nun her, dass die Ziegelindustrie damit begonnen hat, ihre Mauerziegel mit Dämmstoffen und Dämmgranulat zu verfüllen, um den gestiegenen Anforderungen im Geschossbau hinsichtlich Schallschutz, Tragfähigkeit und Wärmeschutz gerecht zu werden.

Auch wenn erste Abbruchmengen dieser neuen Produktgeneration erst in einigen Jahrzehnten anfallen dürften, hat die Branche bereits heute Verwertungskonzepte in der Tasche, zumal das Trennen von Dämmstoff und Keramik technisch keine große Herausforderung ist.

Stecklinge aus künstlichen Mineralfasern (KMF) oder thermisch verfestigtes Dämmgranulat lassen sich nach grobem mechanischem Aufschluss per Nasstrennung oder Windsichtung trennen. Obschon mit Dämmstoff gefüllte Mauerziegel zurzeit nur in Kleinmengen anfallen, bieten die Hersteller bereits freiwillig Rücknahmesysteme für Einzelsteine an und führen die Kleinmengen gezielt in den Produktionsprozess zurück.

Wenn möglich, sollte die Trennung der KMF vom Ziegel auf der Baustelle erfolgen. Die Mineralwolle-Stecklinge werden dazu gezogen und in vom Hersteller bereitgestellten Säcken abtransportiert.

Ziegelbruch als Zuschlagstoff im Beton

Großes Potenzial steckt bei Ziegelbruch in der Verwendung rezyklierter Gesteinskörnung für ressourcenschonenden Beton, sogenannten R-Beton. Kies oder gebrochenes Primärgestein werden hier durch eine aufbereitete RC-Gesteinskörnung ersetzt. Diese kann, abhängig von Anwendungsbereich und Liefertyp, zwei bis zehn Volumenprozent an aufbereitetem Ziegelbruch enthalten.

R-Beton verhält sich in der Nutzungsphase wie konventioneller Beton – ohne Abstriche bei den technischen Eigenschaften. Beispiele aus der Schweiz zeigen, dass man mit R-Beton 90 Prozent des für den Hausbau verwendeten Betons substituieren kann.

Beton-Recycling: Zuschlagstoffe elektrodynamisch auftrennen

In Anbetracht des enormen Sandverbrauchs von rund 50 Milliarden Tonnen pro Jahr [4], was einem globalen Pro-Kopf-Verbrauch von 18 Kilogramm am Tag (!) entspricht, ist es allerhöchste Zeit, Konzepte und Technologien zu entwickeln, wie sich mineralischer Bauschutt für die Wiederverwertung bei der Betonproduktion recyceln lässt.

Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) zeigt diesbezüglich mit der elektrodynamischen Fragmentierung [5] einen vielversprechenden Weg auf, die bislang doch eher miserable Qualität des RC-Materials durch sortenreine Trennung „aufzupeppen“.

Die Technologie beruht auf dem physikalischen Prinzip, wonach ultrakurze elektrische Impulse (<500 ns) durch einen im Wasser liegenden Verbundkörper verlaufen, an dem zwei Elektroden mit hoher Spannung anliegen. Die dabei entstehenden Funkladungen wandern bevorzugt entlang von Kornoberflächen beziehungsweise Schichtgrenzen und schwächen ihn mechanisch. Der infolge des elektrischen Durchschlags entstehende Plasmakanal dehnt sich schlagartig aus und trennt das Material durch eine Elektroexplosion selektiv in seine Einzelkomponenten auf.

Neuer Bausand aus Beton-Recycling

Aus einem Altbeton-Festkörper lassen sich somit binnen 20 Sekunden und mit einem Energieeinsatz von lediglich 2,3 Kilowattstunden pro Tonne Bauschutt wieder Bausand und Ersatzrohstoffe für die Zementproduktion gewinnen. Die Sieblinie der herausgetrennten Zuschläge bleibt nach der Fragmentierung in der Größe unverändert. Selbst Stahlfasern lassen sich mit diesem Verfahren aus dem Altbeton fragmentieren, was mit mechanischen Methoden nicht möglich ist.

Und um es nun auf den Punkt zu bringen: Das Verwenden von sekundärem Kalk könnte die CO₂-Emissionen bei der Zementherstellung um zwei Drittel senken. Inzwischen ist es gelungen, den Energieverbrauch bei der Fragmentierung in die Bereiche einer mechanischen Aufbereitung zu reduzieren. Damit ist eine wirtschaftliche Nutzung des Verfahrens bereits möglich.

„Weniger ist mehr“ gilt auch für Baustoffe

Weltweit suchen Unternehmen und die Wissenschaft fieberhaft und zunehmend erfolgreich nach CO₂-minimierten Alternativen zur heutigen Zementherstellung. Angesichts knapper werdender Ressourcen kommt auch dem sektorübergreifenden Recycling mit neuen Methoden mehr und mehr Bedeutung zu. Das hat auch die Ziegelindustrie längst erkannt, die inzwischen Baustellenaushub als Rohstoff für die Ziegelherstellung verwendet, um die Deponierung natürlicher Böden zu vermeiden und Ressourcen zu schonen.

Mehr und mehr verfestigt sich die Erkenntnis, dass der massenhafte Verbau von Beton und Ziegeln ohne effiziente Recyclingkonzepte nicht unendlich fortsetzbar ist. Auch Architekten können mit massereduzierten und rückbaubaren Konstruktionen mit dazu beitragen, Material und Ressourcen zu sparen – getreu dem Credo von Ludwig Mies van der Rohe: Less is more. 

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Tipp zur Recherche: Historische Dachziegel

Eine einmalige Informationsquelle zu historischen Dachziegeln für Sanierer und Denkmalpfleger ist das Dachziegelarchiv. Es umfasst über 440 Kataloge und Schriftstücke sowie umfangreiches Bildmaterial von mehr als 150 Herstellern. Das Archiv beinhaltet vorwiegend Informationen aus der Zeit von etwa 1850 bis 1930. Es wird ständig erweitert und ergänzt.

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Verwendete Quellen zum Thema Baustoff-Recycling

1. Kreislaufwirtschaft Bau, Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e.V., Berlin, Januar 2023
2. Umweltbundesamt, Studie „Förderung einer hochwertigen Verwertung von Kunststoffen aus Abbruchabfällen sowie der Stärkung des Rezyklateinsatzes in Bauprodukten im Sinne der europäischen Kunststoffstrategie“, Dessau-Roßlau, November 2021
3. Re-Use und Recycling von Ziegeln – Status Quo und Perspektiven, Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V. (Hg.), Berlin, Februar 2020
4. Statista Research Departement, 22.2.2024, „Sand“
5. Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP): „Elektrodynamische Fragmentierung: Mit »Blitzen« selektiv trennen anstatt nur zu zerkleinern“