Wie nachhaltig ist Massivbau? Entwicklungen und Kennwerte

Warum noch Massivbau? Drei Argumente

Für den Massivbau sprechen drei wesentliche Aspekte [3]:

Nachwachsende Rohstoffe sind begrenzt

Die nachhaltig nutzbaren Potenziale nachwachsender Rohstoffe sind begrenzt. Für den Bausektor in Deutschland stehen etwa 40 Millionen Kubikmeter Holz pro Jahr zur Verfügung – das entspricht rund 24 Millionen Tonnen pro Jahr bei einer Dichte von 600 kg/m³ [4], [5]. Dem steht eine Prognose für den primären mineralischen Rohstoffbedarf am Bau für das Jahr 2025 zwischen 640 und 715 Millionen Tonnen pro Jahr gegenüber [6].

Dazu kommt, dass Deutschland mit einem jährlichen Holzkonsum von 1,2 m³ pro Einwohner bereits heute zur internationalen Spitze gehört [7]. Der WWF fragt sinngemäß [8]: „Alles aus Holz – Rohstoff der Zukunft oder kommende Krise?“ Die Arbeitsgemeinschaft Rohholz e. V. sieht das in ihrem Faktencheck kritisch [9], konstatiert aber auch, dass „Holz nicht in unbegrenztem Maße zur Verfügung steht und nicht alle Rohstoffprobleme weltweit durch Holz gelöst werden können“.

Denn neben der Baubranche begehren zahlreiche weitere Sektoren Holz und Biomasse – so zum Beispiel die zahlreichen chemisch zu verortenden Anwendungen um Biokunststoff, aber auch Verpackung, Bekleidung und weitere Bereiche. Dazu kommt die thermische Nutzung, allerdings möglichst erst am Ende der Nutzungskaskade, die sich nicht nur auf die Wärmebereitstellung für Gebäude beschränkt, sondern auch Prozesswärme mit einschließt. Schließlich sind hier Biofuels zu nennen, die gegenüber wasserstoffbasierten Techniken für den Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr attraktiv sind.

Günstige Materialeigenschaften von Massivbaustoffen

Mineralische Materialien weisen für zahlreiche Anforderungen günstigere Eigenschaften auf als nachwachsende Materialien – insbesondere in witterungs- und feuchtebelasteten Zonen sowie beim Brand- und Schallschutz. In der Baupraxis ging es schon immer darum, für den jeweiligen Anwendungsbereich die optimalen Konstruktionen und Materialien zu verwenden. Dieses Selbstverständnis gilt es künftig um die Aspekte des Ressourcen- und Klimaschutzes zu erweitern.

Massivbaustoffe werden klimaneutral

Es gibt hohe Potenziale, Herstellungsenergiebedarf und Treibhausgasemissionen zu senken. Der Weg des Massivbaus von seinen archaisch-fossilfreien Wurzeln – man denke an die vielen Bauwerke aus Naturstein von der Antike bis zum Mittelalter – über Ziegel und Beton zu den hocheffizienten aktuellen Konstruktionen ist beachtenswert.

Diese Entwicklungen sind allerdings bei Weitem nicht am Ende. Sie werden in den nächsten zwei Jahrzehnten einem Transformationsprozess unterliegen, an dessen Ende ressourcen- und klimaneutrale Massivbaustoffe stehen. Sparten, denen das nicht gelingt, werden allerdings mit hoher Wahrscheinlichkeit am Markt keine Bedeutung mehr haben.

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Materialeigenschaften und Anwendungsbereiche von Massivbaustoffen

Jede qualitätvolle und nachhaltige Planung erfordert eine durchdachte und optimierte Auswahl von Konstruktionen für den jeweiligen Verwendungszweck. Mineralische Materialien bieten Vorteile vor allem hinsichtlich

• Anwendungen im erdberührten Bereich,
• Schallschutz,
• Brandschutz,
• des statisches Verhaltens,
• des sommerlichen Wärmeschutzes aufgrund der hohen Masse sowie
• wegen des optional hohen Vorfertigungsgrads im Werk.

Bodenplatten und Keller

Bauteile im erdberührten Bereich erfordern eine hohe Resistenz gegenüber Feuchtigkeit. Deshalb ist hier Stahlbeton zumeist die erste Wahl. Bei drückendem Wasser bieten sich Weiße Wannen an, die ohne zusätzliche Abdichtung funktionieren. Für Wände gegen Erdreich eignet sich auch Mauerwerk mit einer außenseitigen Abdichtung.

Außenwände

Diese prägen oftmals die Auswahl der weiteren Materialien, weil es sich anbietet, das Gebäude aus Baustoffen mit möglichst homogenen Eigenschaften auszuführen. Die Auswahl hängt von zahlreichen Faktoren ab: Zunächst geht es um die Gestaltung, die städtebauliche Dichte und die Geschossigkeit mit ihren statischen Anforderungen.

Ferner sind Schall-, Brand- und Wärmeschutz zu beachten, nicht zuletzt die Schlankheit der Bauteile. Wird die Konstruktion einschalig oder mehrschalig ausgeführt? Gibt es eine Vorhangfassade oder doch ein eher kostengünstigeres WDVS vor einer möglichst schlanken Tragwand, was hinsichtlich der Wärmebrückenoptimierung zweifellos bauphysikalische Vorteile hat? Oder bieten sich vorgehängte Fassadenelemente vor einem Skelett- oder Schottenbau an, die platzsparend ausführbar sind und industriell vorgefertigt werden können? Schließlich die wichtige Frage, ob die Konstruktionsteile massiv vorgesehen sind oder als Leicht- oder Holzbauelement.

Innenwände

Positive Synergien ergeben sich, wenn tragende Innenwände zugleich die Schallschutzanforderungen als Wohnungstrennwände erfüllen. Dabei sind schwere Materialien wie Kalksandstein und Stahlbeton im Vorteil. Nicht tragende Innenwände weisen neben dem Schallschutz weitere Auswahlkriterien auf – so zum Beispiel Schlankheit, um mehr Wohnfläche zu gewinnen, und Flexibilität bei optionalen späteren Umnutzungen.

Decken

Massivdecken bieten einen guten Schallschutz bei eher geringer Aufbauhöhe und vergleichsweise niedrigen Kosten. Selbst im Holzbau ermöglichen Hybridkonstruktionen, beispielsweise mit vorgefertigten Spannbetondecken, günstige Lösungen. Mittels Gradientenbeton, 3D-Betondruck oder Kunststoff-Luftkammern lässt sich überdies Material einsparen. Das funktioniert auch mit klassischen Konstruktionen wie zum Beispiel Rippen- oder Hohlkammerdecken.

Dächer

Traditionell gibt es viele Gebäudetypen, die massiv gebaute Sockelgeschosse mit Dächern oder Dachgeschossen als Holzkonstruktion verbinden. Daran wird besonders deutlich, dass es bei jedem Bauteil abzuwägen gilt, welche Materialien und Konstruktionen geeignet sind.

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Lebenszyklus, Herstellungsenergiebedarf und Emissionen

In den nächsten zehn bis 15 Jahren wird sich entscheiden, welchen Materialien die Transformation zur Ressourcen- und Klimaneutralität gelingt. Grundvoraussetzung sind Konstruktionen, die in der Gebäudehülle einen sehr hohen Wärmeschutz mit U-Werten von 0,12 bis 0,16 W/(m²K) kostengünstig und effizient sicherstellen, da die betriebsbedingten Emissionen in der Bilanz gegenüber den herstellungsbedingten deutlich überwiegen. Als zusätzliche Herausforderung gilt es für die Bauindustrie, ihre jeweiligen Produkte entlang ihres Lebenszyklus zu optimieren.

Grundlage der Lebenszyklusbetrachtung sind Umwelt-Produktdeklarationen (Environmental Product Declaration = EPD), die Baumaterialien oder Produkte hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen im Lebenszyklus beschreiben. Die ÖKOBAUDAT des BMWSB [10] führt sie als vereinheitlichte Datenbasis für die Ökobilanzierung von Bauwerken, unterteilt in fünf Module (konkretisiert von A1–5 bis D) und 13 Kernindikatoren.

Auf dieser Basis werden unter anderem Herstellungsenergiebedarf und Treibhausgas-Emissionen (THG) ermittelt. Die obere der beiden folgenden Grafiken vergleicht diese Werte beispielhaft für fünf Wandkonstruktionen, die Grafik darunter zeigt ebendies für Decken, Wände und Stützen.

Die rechnerische Nutzungszeit für Massivbaustoffe in diesen auf 50 Jahre angelegten Bilanzierungen liegt niedriger als baupraktische Zeiten bis zum realen Abbruch der Gebäude – das Baujahr der vieler Gebäude in Deutschland liegt bis zu hundert Jahre zurück, in den vom Krieg verschonten Altstädten sind viele sogar noch älter.

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Ökologische Innovationen im Massivbau: Baustoffe im Überblick

Die Auswahl von Materialien wird zukünftig also um Zielsetzungen zur Lebenszyklusbilanz erweitert. Die Massivbaubranche zeigt hohes Engagement und stellt sowohl gemeinsam als auch pro Baustoff entsprechende Informationen zur Verfügung [11], [12], wie die folgenden Beispiele zeigen.

Beton

Zement ist der Bestandteil in den Betonrezepturen mit dem weitaus größten Anteil an Emissionen und Energiebedarf. Im Brennprozess wird bei 1.450 °C aus dem Kalkstein prozessbedingt CO2 ausgetrieben. Emissionsverbesserungen beschränken sich damit auf das brennstoffbedingte Drittel, wo in den letzten drei Jahrzehnten bereits eine Senkung um 20 bis 25 Prozent erzielt wurde.

Weitere Reduzierungen ermöglichen Wasserstoff als Brennstoff oder direktelektrische Verfahren, zum Beispiel mit Plasmabrennern – allerdings noch unter dem Vorbehalt weiterer Forschung [13]. Zudem geht es darum, den Klinkeranteil im Zement zu reduzieren, was durch calcinierte Tone [14] oder hydraulische Bindemittel auf der Basis von Calciumsulfoaluminat-Klinker gelingen kann [15].

Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von weiteren europäischen Forschungsprojekten [16]. Ergänzend gilt es, Ansätze für Recyclingverfahren von Beton wie die „elektrodynamische Fragmentierung“ umzusetzen, durch die Beton umweltschonend und lärmarm in seine Ausgangsbestandteile zerlegt wird [17], [18], sodass sie ohne Downcycling für weitere Nutzungszyklen als Rohstoff zur Verfügung stehen.

Porenbeton

Entsprechend den Herstellungsprozessen beim Beton dominieren auch beim Porenbeton die Emissionen durch die vorgelagerte Bindemittelproduktion. Die Roadmap der Porenbetonindustrie zu einer treibhausgasneutralen Branche in Deutschland bis 2045 sieht unter anderem vor, die Effizienz der elektrischen und verbrennungstechnischen Anlagen in Kombination mit einem Wechsel der Energieträger zu verbessern. Weiterhin ist die Elektrifizierung aller thermischen Produktionsprozesse und die komplette Umstellung auf erneuerbare Energieträger [19] im Gange.

Die vorgelagerten Emissionen sollen durch die Umstellung auf CO2-arme Bindemittel, Rohstoffeinsparungen und vermehrte Recyclingproduktion durch die sich etablierende Kreislaufwirtschaft gemindert werden. Rechnet man die CO2-Absorption von Porenbeton durch Recarbonisierung hinzu, kann die Branche nach eigenen Angaben „im Jahr 2045 nicht nur klimaneutral sein (…), sondern darüber hinaus negative Treibhausgasemissionen“ erreichen [19].

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Kalksandstein

Kalksandstein enthält Quarzsand und gebrannten Kalk in einem Mischungsverhältnis von etwa 12:1. Hinsichtlich der Treibhausgas-Emissionen überwiegt die Produktkette des Brandkalks mit rund 80 Prozent deutlich, wobei analog zum Zement etwa 2/3 nicht reduzierbare prozessbedingte Emissionen gegeben sind. Ein weiterer energieintensiver Produktionsteil entsteht durch das Härten der Steine im Autoklav bei etwa 200 °C und hohem Druck.

Dabei entstehen aus Kalk, Sand und Wasser die CSH-­Phasen. Diese nehmen später CO2 aus der Umgebungsluft auf, sie recarbonatisieren ­also im Lebenszyklus. Die Roadmap für eine treibhausgasneutrale Kalksandsteinindustrie in Deutschland umfasst den Austausch der fossil betriebenen Dampferzeuger gegen Wasserstoff, Strom und Hochtemperaturwärmepumpen in Verbindung mit der Reduktion der Emissionsfaktoren für die verwendeten Energieträger.

Dazu gehört auch ein Wärmemanagement durch entsprechende Speichertechnologie. Zudem sollen der Kalkgehalt bis 2045 auf fünf Prozent und allgemein der Emissionsfaktor Kalk reduziert werden. Das Potenzial der Recarbonatisierung ist in diese Bilanz noch nicht einbezogen [20].

Ziegel

Ein Teil der Ziegelindustrie begleitete die Novellen der Wärmeschutzverordnung über die EnEV bis hin zum GEG sehr skeptisch und wählte die Strategie, die Gesetzesvorhaben durch Lobbyarbeit abzuschwächen – nicht selten mit Erfolg. Der Weg zur treibhausgasneutralen Ziegelindustrie ist aufgrund der hohen Prozesstemperaturen von 900 bis rund 1.200 °C eine deutlich höhere technische und ökonomische Herausforderung als bei anderen Massivbaustoffen.

Die intendierten Maßnahmen sind: Entkopplung des Ofen-Trockner-Verbunds, Umstellung auf Hochtemperaturwärmepumpen, wasserstoffbefeuerte und elektrische Öfen sowie die Fokussierung auf biogene Porosierungsmittel. Nach Angaben der Branche [21] kommen darüber hinaus „noch eine Vielzahl an Optimierungsmaßnahmen zum Tragen, die entweder direkt den Energieeinsatz reduzieren oder durch verringerten Materialbedarf die Prozessemissionen mindern. Des Weiteren ist der Einsatz von alternativen Tonen ohne fossilen Kohlenstoff, also kalkfreien Tonen, derzeit die einzig denkbare Alternative zur vollständigen Reduktion der Prozessemissionen.“

Es wird von der Innovationskraft und nach vorne preschenden Vorreitern in der Ziegelindustrie, nicht zuletzt von kleineren familiengeführten Betrieben, abhängen, ob und wie die Transformation in der Branche bis 2045 gelingt.

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Resümee: Nachhaltigkeit im Massivbau wird Wettbewerbsvorteil

Die nächsten Jahre werden nicht allein vom Wettlauf zwischen den unterschiedlichen Massivbaumaterialien gekennzeichnet sein, sondern auch zwischen einzelnen Produzenten und Betrieben. Wer es schafft, seine Herstellungsprozesse dahin gehend umzustellen, dass die produktspezifische EPD seiner Massivbaustoffe das klimaneutrale Bauen fördert, wird auf der Gewinnerseite stehen.

Künftig enthalten die Ausschreibungen von Bauprojekten auch Anforderungen an die EPD-Kernindikatoren, sodass neben den Kosten auch die Umweltwirkungen in die Verfahren mit eingepreist werden. Eine entsprechend überzeugende Produkt-EPD bietet somit einen gravierenden Wettbewerbsvorteil.

Zudem geht es darum, eine sinnvolle Balance zwischen Materialien auf mineralischer und nachwachsender Basis zu finden. Bei der Wahl zwischen Holzbau und Massivbau geht es nicht um ein „Entweder-oder“, sondern um eine möglichst sinnvolle Abwägung der jeweiligen Vorteile. Die obigen, eher stichpunktartigen Aspekte geben eine Ahnung von der Vielfalt, die diesbezüglich möglich ist. Sie wird das Entwerfen in der Praxis beleben und zukunftsfähiges Bauen ermöglichen.

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Dr. Burkhard Schulze Darup ist freischaffender Architekt und Stadtplaner. Er berät und begleitet Forschungsvorhaben im Neubau- und Sanierungsbereich sowie Quartierskonzepte bis hin zur Wärmeplanung. Er ist Fachautor sowie Referent bei Kongressen und Fortbildungen. Des Weiteren bietet er Workshops zum Thema Klimaneutralität an.

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Literatur und Quellen zu Nachhaltigkeit im Massivbau

[1] Richtlinie (EU) 2024/1275 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 24. April 2024 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD)

[2] Schöffel, Drusche: Qualitätssicherung von LCA-Software, Energieeffizienzinstitut in Zusammenarbeit mit der 18599-Gütegemeinschaft im Auftrag des BBSR,
AZ 10.08.17.7-19.13, Weimar 2024

[3] s. a. Schulze Darup, Burkhard: Zukunftssichere Kalksandstein-Bauweise, in: KS Planungshandbuch 2025 

[4] Vallentin, Rainer: Wie kann der Holzbau zum Klimaschutz beitragen? Herausgabe im Eigenverlag als Online-Veröffentlichung unter www.vraie.de, München 2023

[5] Mantau, Udo, et al.: Rohstoffmonitoring Holz – Erwartungen und Möglichkeiten, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Gülzow-Prüzen 2018

[6] Schwarzkopp, Fritz, mit Drescher, Gornig, Blazejczak: Die Nachfrage nach Primär- und Sekundärrohstoffen der Steine-und-Erden-Industrie bis 2035 in Deutschland, Bundesverband der Baustoffe – Steine und Erden e. V., Berlin 2016

[7] Eicke-Hennig, Werner: Auf dem Holzweg, in: GEB 01-23

[8] WWF (Hrsg.), Universität Kassel, Center for Environmental Systems Research: Alles aus Holz, Kassel 2022

[9] Arbeitsgemeinschaft Rohholz e. V.: Faktencheck „Alles aus Holz – Rohstoff der Zukunft oder kommende Krise“, 2023

[10] www.oekobaudat.de

[11] DGFM: Klimaschutz und Nachhaltigkeit mit Mauerwerk, www.mauerwerk.online 2025

[12] Solid UNIT: Gemeinsam für den Klimaschutz, www.solid-unit.de

[13] Krick, Benjamin, Burkhard Schulze Darup: Chancen für den Massivbau, in: AK 60 Energieeffizienz und CO₂-Emissionen im Lebenszyklus, Passivhaus Institut, Darmstadt 2023

[14] Beispiel: www.cementirholding.com

[15] www.dyckerhoff.com/next-base

[16] www.cembureau.eu/innovation/map-of-innovation-projects/

[17] www.ibp.fraunhofer.de/de/kompetenzen/mineralische-werkstoffe-baustoffrecycling/aufbereitungsverfahren/elektrodynamische-fragmentierung.html

[18] Nachhaltig Bauen. Mit Beton, www.nachhaltig-bauen-mit-beton.de

[19] Weg zu einer treibhausgasneutralen Porenbetonindustrie in Deutschland [2045], Bundesverband Porenbetonindustrie e. V. Berlin und VBiW, Kloster Lehnin 2022

[20] Geres, Roland, Johanna Lausen, Stefan Weigert: Roadmap für eine treibhausgasneutrale Kalksandsteinindustrie in Deutschland, Bundesverband Kalksandsteinindustrie e. V. (Hrsg.), Hannover 2021

[21] Geres, Roland, Johanna Lausen, Stefan Weigert: Roadmap für eine treibhausgasneutrale Ziegelindustrie in Deutschland,
Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V. (Hrsg.), München 2021