Die Stadt als Rohstoff-Mine

Digitaler Gebäudepass

Dazu müssen sie erst einmal wissen, wie viel von welchem Material in einem Haus steckt. Neue Wohnungen können so geplant werden, dass diese Information schon in ihrem 3D-Modell steckt. Felix Heisel hat das für die UMAR-Einheit bereits in einer Fallstudie realisiert. Dafür lud er den dreidimensionalen Gebäudeplan der Wohnung und die Datenblätter aller verwendeten Werkstoffe in eine Online-Datenbank. Die „Madaster“ genannte Software erstellte daraus einen digitalen Häuser-Ausweis, in dem unter anderem steht, wie viel Holz an welcher Stelle im jeweiligen Raum steckt.

Solche Materialpässe enthalten nicht nur die genaue Menge aller Materialien und ihre Position im Haus, sondern auch deren Ökobilanz. Dazu gehören Treibhaus- und Versauerungspotenzial sowie die Energie, die bei der Herstellung eines Bauteils verbraucht wurde. Ebenfalls im Pass steht, wie gut sich das Material wiederverwenden lässt. Beton kann nur zu 50 Prozent recycelt werden, die andere Hälfte wandert schlicht als Füllmaterial in Straßen. Bauholz dagegen lässt sich zu 75 Prozent neu einsetzen.

Doch ist das Holz lackiert, lässt es sich schlechter wiederverwenden. Auch Beton ist weniger gut recycelbar, wenn er mit anderen Bauteilen verklebt wurde. Deshalb füttern Forscher die Materialpässe auch mit der Toxizität einzelner Bauteile. Zudem steht für jede Wand und jeden Boden im Ausweis, ob sie verklebt wurden. Ist das der Fall, wird der Recyclinggrad herabgestuft. Eine verklebte Betonwand kann dann nur noch zu einem Viertel statt zur Hälfte wiederverwendet werden.

In die Berechnungen der Forscher fließt auch mit ein, ab wann sie Gebäude als Rohstofflager anzapfen können, erklärt Meliha Honic von der ETH Zürich. „In Gebäudepässen steht deshalb auch die Lebensdauer der Bauteile. Einen Parkettboden beispielsweise tauscht man normalerweise nach 30 bis 40 Jahren aus“, sagt Honic. Die Lebensdauer hängt aber auch davon ab, wie er verbaut ist. „Wenn unter dem Boden eine Schicht liegt, die früher raus muss, dann muss auch der Parkettboden schon eher ausgebaut werden“, sagt Honic.

Häuser mit Radar durchleuchten

Noch schwieriger wird es, wenn die Forscher gar nicht erst wissen, welche Rohstoffe in einem Gebäude stecken. Deshalb klopfen Fachleute vor dem Abriss eines Gebäudes die Wände ab und bohren sie an. Honic hat das für eine Fallstudie auch anders geschafft. Mit einem Georadar, wie es auch Archäologen zum Entdecken neuer Fundstätten im Erdboden einsetzen, hat ihr Team einen Forschungskomplex der Technischen Universität Wien untersucht. Dafür tasteten sie alle Wände des Gebäudes zentimeterweise mit dem Radar ab.

Die elektromagnetischen Wellen des Georadars durchdringen Beton gleichmäßig, Metall aber nicht. Versteckte Metallstreben in einer Gipswand zeigten sich deshalb als Einkerbungen auf den Radarbildern. Danach bohrte Honics Team in die Wände, um zu sehen, welches Material sich tatsächlich darin befand. So erhielt jede Wand einen eigenen Radar-Fingerabdruck. Mit diesen Bildern will Honic künftig eine Künstliche Intelligenz (KI) füttern, die Radarbilder von Wänden selbstständig nach Rohstoffen durchforsten kann.

Verräterischer Baustil

Doch bis die KI das kann, ist die Radarmethode zu aufwendig und teuer. Der Versuch in Wien kostete über 100.000 Euro und benötigte 600 Arbeitsstunden. Die versteckten Rohstofflager ganzer Städte lassen sich damit also nicht vermessen. Doch es ist gar nicht nötig, alle Häuser einzeln zu vermessen. Gerade hat Meliha Honic die Rohstoffe von zehn Wiener Wohnhäusern unterschiedlicher Baustile per Laserscan, Georadar und Anbohren vermessen. Jeder Baustil dieser Stichprobe bekommt einen eigenen Gebäudepass, der als repräsentative Blaupause für alle ähnlichen Gebäude der Stadt dient.

Daraus soll in einem nächsten Schritt die „Digital Urban Mining Platform“ entstehen, eine Online-Datenbank mit einer Übersicht aller Wohngebäude und der darin vorhandenen Rohstoffe. Dafür müssen die Forscher noch die Rohstoffdaten der zehn Häuser auf ein bereits existierendes virtuelles Modell aller Wiener Wohnhäuser legen. Dann können sie hochrechnen, wie viel Beton, Ziegel und Metall in der Donaustadt verbaut sind. Jede Stadt, die ein virtuelles Modell ihrer Gebäude hat, könnte so ihre urbane Mine berechnen.

Millionen Tonnen Metalle

Es geht noch eine Nummer größer. Das deutsche Umweltbundesamt wollte von Materialforschern wissen, wie viele Rohstoffe insgesamt in den Städten des Landes liegen und recycelt werden könnten. Laut Abschlussbericht befinden sich derzeit knapp 150 Millionen Tonnen Metalle im urbanen Rohstofflager, der Großteil davon sind Edelstahl und Aluminium. Sie stecken in Fahrstühlen, Autos und Stromnetzen, aber auch in Kühlschränken und Besteck. Bis 2040 werden 200 Millionen Tonnen dieser Metalle im urbanen Rohstofflager Deutschlands liegen.

Etwa fünf Prozent davon fließen auch wieder aus dem Lager ab. Wiedergewonnener Edelstahl wird fast komplett exportiert, die Hälfte des Aluminiums wird eingeschmolzen und bleibt in Deutschland. „Dieses Aluminium steckt vor allem in der deutschen Autoindustrie“, sagt Winfried Bulach vom Öko-Institut. Der Chemieingenieur ist einer der Autoren des Berichts. „Dieser Sektor ließ sich besonders gut berechnen, weil die Lebensdauer von Fahrzeugen geringer ist als die von Gebäuden. In dieses Lager fließen die Metalle also kontinuierlich hinein und wieder heraus“, sagt Bulach.

Autos als Aluminium-Quelle

Alubleche von Autos werden zuerst geschreddert, von Störmetallen und Lacken befreit und anschließend eingeschmolzen. Dieses sogenannte Sekundäraluminium benötigt nur einen Bruchteil der Energie, die die Herstellung von Aluminium aus Erz verschlingt. Das recycelte Aluminium enthält oft Störmetalle und wird deshalb vorwiegend in Fertigbauteile gegossen. Besonders reines recyceltes Aluminium fließt wieder direkt zurück in die Fahrzeuge. Das zeigt Audi mit seinem „Aluminium Closed Loop“. Einen Teil seiner Aluabfälle lässt das Ingolstädter Unternehmen recyceln und presst daraus wieder Karosserieteile für Modelle wie den Audi A8.

Das urbane Aluminium-Lager wird bereits gut ausgebeutet. Die deutsche Industrie recycelt mittlerweile mehr von dem Leichtmetall, als sie aus Erz gewinnt. Und dieser Anteil wird noch steigen, denn die Methode rechnet sich. Das Recyceln von Aluminium benötigt 95 Prozent weniger Strom, als das aluminiumhaltige Erz Bauxit aus der Erde zu holen und zu verhütten. Überhaupt könnten Metalle aus urbanen Minen theoretisch unendlich oft eingeschmolzen und wiederverwertet werden. So kann ein richtiger Kreislauf entstehen.

Etwas schwieriger wird das bei mineralischen Rohstoffen, die in Beton, Ziegeln und Asphalt stecken. Allein in Berlin sind derzeit 600 Millionen Tonnen mineralisches Material in Häusern und Infrastruktur verbaut. Ein Drittel davon ist Beton, der viel Energie und kostbare Rohstoffe wie Sand und Kies benötigt. Der Großteil abgerissener Betonwände endet als Füllmaterial unter den Straßen. Doch siebt und sortiert man den Bruch nach Korngröße, können gleichmäßige Betonkörner bis zu 45 Prozent des Kieses in neuem Beton ersetzen.

Zement verhagelt die Umweltbilanz

Allerdings: Automatisch umweltfreundlicher ist dieser R-Beton nicht, denn die Betonkörner nehmen mehr Feuchtigkeit auf als gewöhnlicher Kies. Deshalb müssen die Unternehmen oft die Rezeptur des Betongemischs nachbessern und mehr Zement beifügen. Genau der ist aber der dreckigste und energiehungrigste Bestandteil von Beton. Ein Mehr an Zement kann also die Umweltbilanz des Recycling-Betons wieder zunichtemachen. Dazu kommt die Distanz. Muss das Bauschutt-Granulat aus mehr als 35 Kilometern zum Betonmischen angefahren werden, verschlechtert sich die CO2-Bilanz so stark, dass sich ein Einsatz von R-Beton nicht mehr lohnt.

Dieses Problem hat die neue Umweltstation in Würzburg nicht. Sie ist vollständig aus Recycling-Beton gebaut, der aus der näheren Umgebung stammt. Der R-Beton in dem Ufo-förmigen Gebäude besteht aus dem Granulat einer ausrangierten Autobahnbrücke, die 20 Kilometer von Würzburg entfernt abgerissen worden ist. Doch das Granulat war zunächst zu staubig, was die Festigkeit des Betons verschlechtert hätte. Deshalb wusch ein Beton-Recycling-Unternehmen das Granulat nach dem Brechen. Nun stimmte die Qualität, und der Weg war frei für das erste Gebäude aus Recycling-Beton in Bayern.

Auch Mauerziegel lassen sich in R-Beton verarbeiten. Bis zu 30 Prozent des Recyclingmaterials dürfen aus den roten Splittern bestehen. Mauerziegel sind nach Beton die zweitgrößte Ressource im städtischen Bergbau. Einer Studie der Universität Leiden zufolge schlummern in niederländischen Gebäuden rund 400 Millionen Tonnen Ziegel. Außer als Füllmaterial ist zerriebener Ziegelstaub normalerweise ohnehin kaum zu gebrauchen. Doch eine Amsterdamer Ziegelei macht aus alten Mauerziegeln wieder neue. Auf dem Gelände des Start-ups „StoneCycling“ türmen sich Seite an Seite farbenfrohe Pulverhaufen.

Hotelfassade aus Toilettenschüsseln

Auf dem matschigen Betriebsgelände bricht, siebt und schüttelt StoneCycling Ziegel, Fliesen und sogar Toilettenschüsseln. Aus ihnen entsteht ein hellgraues Pulver, während zermahlenes Mauer- und Dachziegelpulver auf einem roten Haufen landet. Dieses Pulver kneten die Mitarbeiter mit Wasser und Ton zu neuen Mauerziegeln aus Bauschutt. Dann werden sie gebrannt und in alle Welt verkauft. Die Amsterdamer Recycling-Mauerziegel zieren jetzt die Fassade eines renovierten Hotels in New York. Gut 250 Tonnen Bauschutt hat StoneCycling dafür verarbeitet.

Ziegelsteine auf Metallstangen

So viel ist es in Dübendorf nicht. Doch auch im lichtdurchfluteten Wohnzimmer der UMAR-Laborwohnung steht eine Wand aus beigen Mauerziegeln der Amsterdamer Werkstatt. Insgesamt viereinhalb Tonnen Bauschutt stecken in der Wand. Die Ziegelsteine sind ohne Kleber lose übereinandergestapelt und auf Metallstangen aufgefädelt. So lassen sie sich problemlos wieder auseinandernehmen. Denn irgendwann in den nächsten Jahren wird die UMAR-Einheit wieder abgebaut werden müssen, um Platz für neue Forschungswohnungen zu schaffen, verrät Heisel. Wie der Rest des Urban-Mining-Experiments wird die Amsterdamer Ziegelwand dann nicht als Bauschutt auf einer Müllhalde enden, sondern in einem neuen Gebäude.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…