Wie wird aus einem Stück Abbruchschutt wieder ein tragendes Bauteil? Was kann eine Fassade aus Muschelschalen leisten – außer ungewöhnlich auszusehen? Und lässt sich schon im Entwurf erkennen, ob ein Gebäude später sauber rückgebaut werden kann? Mit solchen Fragen beschäftigen sich fünf neue Forschungsprojekte der Sto-Stiftung. Für das Förderprogramm „Explore!“ wurden Vorhaben aus Deutschland, Dänemark und Chile ausgewählt.

Die Bandbreite reicht von Materialentwicklung und Ausführungspraxis über Tragwerksplanung bis zur Digitalisierung. Im Kern geht es um eine ressourcenschonende, kreislauffähige Baupraxis: weniger Abfall, besser trennbare Materialien und Konstruktionen, die nicht schon beim ersten Rückbau vor dem Aus stehen.

Abbruchmaterial wird zum Bauteil

Ein Team der Technischen Universität Darmstadt um Sandro Siefert und Prof. Oliver Tessmann nimmt mineralischen Abbruchschutt ins Visier. Unregelmäßiger Betonbruch wird zunächst per 3D-Scan erfasst, anschließend digital zugeschnitten und durch topologische Verzahnung zu tragfähigen Deckenstrukturen gefügt. Das klingt nach Präzisionsarbeit, und genau das ist es auch: Ein Prototyp im Maßstab 1:1 soll den digitalen und physischen Fertigungsprozess unter Praxisbedingungen erproben.

Am Karlsruher Institut für Technologie geht es ebenfalls um Decken, allerdings um ein vorgefertigtes System aus Holz und Stampflehm. „HolSDeck“ soll den Lehm nicht bloß für bauphysikalische Funktionen einsetzen, sondern auch für die Lastabtragung. Das Team von Prof. Riccardo LaMagna und Tamara Haußer testet Verbindungselemente zuerst an Kleinbauteilen und danach an Decken im Maßstab 1:1. Angestrebt werden ein geringerer Holzanteil, die sortenreine Rückgewinnung der Materialien und ein kreislauffähiges Deckensystem.

Eine andere Materialfrage stellt Johannes Paganetty von der Städtischen Fachschule für Farb- und Lacktechnik München. Er untersucht, wie Dämmplatten aus Pilzgeflecht und pflanzlichen Reststoffen beschichtet werden können. Dafür entstehen Prüfkörper, es werden Haftungstests durchgeführt sowie Putz- und Farbsysteme geprüft. Am Ende soll eine Handreichung für Verarbeitungsbetriebe stehen, mit der sich Tragfähigkeit und Beschichtbarkeit des biobasierten Untergrunds bewerten lassen.

Muschelschalen und Materialströme

An der Royal Danish Academy in Kopenhagen erforscht ein Team um Prof. Paul Nicholas Fassadenplatten aus Muschelschalen, Seegras und Biopolymeren. Historische Bauweisen treffen dabei auf robotische Fertigung. Unterschiedliche Materialdichten und Oberflächenstrukturen sollen Regenwasser ableiten und zugleich zur Kühlung speichern. Prototypen werden an einer Testfassade unter realen Witterungsbedingungen verglichen – Wind, Regen, wechselnde Temperaturen, das ganze Programm.

In Chile entwickelt ein Team der Universidad Católica de Santiago de Chile um Prof. Renato D’Alençon das BIM-integrierte Verfahren „pMFA“. Die vorausschauende Materialflussanalyse soll schon in der frühen Planungsphase sichtbar machen, welche Folgen Materialentscheidungen für Rückbau, Wiederverwendung und künftige Stoffströme haben. Geplant ist ein digitales Dashboard, das verschiedene Bauweisen über einen Zeitraum von 50 Jahren vergleicht. Nicht erst beim Bagger, sondern am Bildschirm soll also auffallen, wo später der Knoten sitzt.

„Explore!“ ist eine neue Fördersäule der Sto-Stiftung für interdisziplinäre Forschung mit Baubezug. Gefördert werden Vorhaben, die wissenschaftliche Erkenntnisse in die Praxis übertragen. Das Programm richtet sich unter anderem an Nachwuchskräfte aus Architektur, Innenarchitektur, Bauingenieurwesen, Bauphysik, Bauchemie, Bioingenieurwesen und Materialforschung. Bewerben können sich auch Technikerinnen und Techniker, Meisterinnen und Meister sowie Fachkräfte des Ausbaugewerbes.

Im Mittelpunkt stehen neue Materialien, Fertigungs- und Konstruktionsmethoden, die Weiterentwicklung von Bestandsgebäuden sowie digitale Planungs- und Bauprozesse. Die Sto-Stiftung fördert seit mehr als 20 Jahren Auszubildende, insbesondere im Handwerk und in der Architektur. Mit „Explore!“ erweitert sie ihre Zielgruppen um junge Menschen mit Forschungsinteressen.

Dämmstoffe: sauber trennen, bevor es teuer wird

Wie schwierig Kreisläufe in der Praxis sind, zeigt eine Ende 2021 veröffentlichte Studie von IFEU und Natureplus zur Wiederverwendbarkeit von Dämmstoffen. Danach werden Dämmstoffe im Durchschnitt nach etwa 50 Jahren bei Sanierungen oder beim Rückbau zu Abfall und anschließend verbrannt oder deponiert. Die Untersuchung knüpft an eine frühere Forschungsarbeit an, in der verschiedene Dämmstoffalternativen und ihre Wiederverwendung in Ökobilanzen bewertet wurden.

Im Mittelpunkt steht die stoffliche Verwertung: Rückgebautes Dämmmaterial soll als Sekundärrohstoff wieder in die Produktion einfließen, gegebenenfalls auch außerhalb der Bauindustrie. Bei der thermischen Verwertung landen Dämmstoffe dagegen in Müllentsorgungs- oder Industrieöfen; dabei entstehen Strom und Wärme. Für Baden-Württemberg wird abgeschätzt, welche Mengen bis 2050 durch Sanierung und Rückbau anfallen könnten.

Untersucht werden Stein- und Glaswolle, expandiertes Polystyrol (EPS), extrudiertes Polystyrol (XPS), Polyurethan (PU) und Holzfaserdämmstoffe. Die Studie betrachtet Herstellung, Einbau, Rückbau, Aufbereitung und Wiederverwendung ebenso wie bestehende und mögliche künftige Entsorgungswege und die beteiligten Akteure. Als Hemmnisse nennt sie gesetzliche, finanzielle und bauliche Rahmenbedingungen.

Entscheidend ist der Reinheitsgrad. Sortenrein und sauber ausgebaute Dämmstoffe lassen sich leichter recyceln oder wiederverwenden. Lose oder mechanisch befestigte Produkte sind besser rückbaubar als Materialien, die mit schwer lösbaren Klebstoffen befestigt wurden. Der spätere Rückbau sollte deshalb bereits bei Gebäudeplanung und Errichtung mitgedacht werden. Laut Fazit muss ein hoher Reinheitsgrad möglichst auf der Baustelle entstehen – nicht erst durch aufwendige Aufbereitungsverfahren.

Gefordert werden eine sorgfältigere Trennung der Abbruchmaterialien und eine stärkere Regulierung der thermischen Verwertung. Die 108-seitige Studie kann kostenlos über die Website des IFEU heruntergeladen werden.

Eine Rolle spielen dabei auch Holzfaserdämmstoffe. Sie werden aus mechanisch zerfasertem, entrindetem Restholz aus der Sägeindustrie hergestellt. Daraus entstehen druckfeste Platten, flexible Matten und Einblasdämmungen; zugleich bieten sie einen guten sommerlichen Wärmeschutz.

Erst erhalten, dann rückbauen

Hochwertige und langlebige Materialien sind allerdings nur die Grundlage für ein zirkuläres Gebäude. Entscheidend ist auch, wie lange es genutzt wird. Jede verlängerte Nutzungsdauer kann Neubauten vermeiden und Rohstoffe sowie Emissionen einsparen. Dafür müssen Gebäude regelmäßig auf Schäden überprüft werden, damit Wartungs- und Reparaturmaßnahmen frühzeitig erfolgen können.

Bei zirkulär geplanten Gebäuden lassen sich dafür Daten aus Planung und Errichtung nutzen. Wartungsarbeiten sollten detailliert dokumentiert werden, damit spätere Sanierungen leichter gelingen und ein abfallarmer Rückbau möglich wird. Gerade im Bestand ist der Unterschied erheblich: Viele Gebäude, die vor der ersten Wärmeschutzverordnung von 1979 errichtet wurden, verbrauchen fünfmal mehr Energie als Gebäude aus der Zeit nach 2000.

Sanierungen und Reparaturen erhalten die Struktur bestehender Gebäude, modernisieren sie und sparen graue Energie sowie neue Rohstoffe. Im Sinne der Kreislaufwirtschaft heißt das: reparieren und sanieren statt abreißen und neu bauen.

Ganz vermeiden lassen sich Abrisse trotzdem manchmal nicht. Vor dem Bagger sollte dann geprüft werden, ob ein Gebäude weitergenutzt, saniert oder umfunktioniert werden kann. Der WWF fordert dafür strengere Genehmigungen für Abrissmaßnahmen und eine verpflichtende Prüfung von Sanierungs- und Umnutzungsmöglichkeiten. Büroflächen könnten beispielsweise in Coworking-Spaces oder Wohnraum verwandelt werden.

Eine systematische Untersuchung vor dem Rückbau zeigt, welche Bauteile und Materialien wiederverwendbar sind. Vorhandene Planungs- und Baudaten ermöglichen einen strukturierten und selektiven Rückbau. Frankreich schreibt bei großen Abrissen von mehr als 1.000 Quadratmetern bereits die Erfassung von Produkten, Materialien und Ausstattung vor, damit diese zur Wiederverwendung aufbereitet werden können.

Ausgebaute Materialien müssen häufig gezielt behandelt werden, bevor sie erneut zum Einsatz kommen. Verfahren zur Erhaltung oder Wiederherstellung der Materialqualität ermöglichen eine Nutzung in der ursprünglichen oder in einer neuen Funktion. Zertifizierungen sollen die Qualität und Sicherheit gebrauchter Bauteile bestätigen und das Vertrauen in ihre Wiederverwendung stärken.

Organisationen und Marktplätze für „Urban Mining“ vermitteln Materialien und Bauteile aus gezielten Rückbauten. Die gebrauchten Bauteile werden auf die Einhaltung von Qualitäts- und Sicherheitsstandards geprüft. Eine Übersicht regionaler Bauteilbörsen bietet die Plattform Bauteilnetz Deutschland.