Recyclingkunststoffe in Gebäuden - Voraussetzungen und Anwendungen : Auswirkungen auf die ökologische Nachhaltigkeit eines Bauwerks durch den Einsatz von Produkten aus thermoplastischen Recyclingkunststoffen

Abstract

In dieser Arbeit wurden die Voraussetzungen von Rest- und Abfallkunststoffen, für mögliche Anwendungen in Halbzeugen und Produkten für Gebäude untersucht. Dabei wurde ein besonderer Fokus auf die vergleichenden ökologischen Bewertungen von beispielhaften funktionellen Nutzungsszenarien gelegt. Ziel der Arbeit war es, zu ermitteln, welche Auswirkungen der Einsatz von Bauteilen aus thermoplastischen Recyclingkunststoffen auf die Ökobilanz eines Bauwerks haben kann. Aus ökologischer Sicht wurden dafür sinnvolle Anwendungen im Bauwesen identifiziert, bei denen durch den Einsatz von Bauteilen aus thermoplastischen Recyclingkunststoffen, die Lebenszyklusanalysen von Gebäuden und die damit in Verbindung stehenden Umweltauswirkungen beeinflusst werden können. Darüber hinaus besteht dadurch die Möglichkeit, dass die wertvollen fossilen Ressourcen nachhaltig erhalten bleiben und die Menge der anfallenden Kunststoffabfälle reduziert werden kann. Die Beschäftigung mit dem Thema Kunststoffrecycling ist unausweichlich. Mit der weltweit wachsenden Nachfrage nach der fossilen Ressource Erdöl und deren limitierten Fördermenge wird der Preis nicht nur für erdölbasierte Kraftstoffe, sondern auch für Kunststoffe in Zukunft erheblich steigen. Je früher mit der Erforschung und Optimierung alternativer Recyclingprozesse und der Möglichkeiten für die Anwendung der Rezyklatprodukte begonnen wird, umso geringer wird sich die Knappheit des Öls bemerkbar machen. Ein gesteigertes Umweltbewusstsein und wachsende Energiepreise führten im Bauwesen zur Energieeinsparverordnung (EnEV). Die Vorgaben der Verordnung werden regelmäßig erhöht, um damit neue Gebäude auf einen minimalen Energieverbrauch während der Nutzung zu trimmen. Das maximale Einsparpotential ist mit dem Passivhausstandard, bei diesem während der Nutzungsphase keine Energie mehr verbraucht wird, schon erreicht. Möglich wird dies hauptsächlich durch einen erhöhten Materialeinsatz. Dessen ungeachtet betrachtet die EnEV nur die Nutzungsphase der Gebäude. Die Produktionsphase und die Entsorgungsphase bleiben außen vor. Der kumulierte Energieaufwand (KEA), gibt „die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten Aufwands an, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines ökonomischen Guts (Produkt oder Dienstleistung) entsteht bzw. diesem ursächlich zugewiesen werden kann.“ (VDI-Richtlinie VDI 4600 Blatt 1) Der KEA oder auch umgangssprachlich bekannt als die „Graue Energie“ der Bauprodukte fließt bis jetzt noch nicht in die gesetzlich geforderte Energiebilanz von Gebäuden ein. Eine Verringerung des Gesamtenergiebedarfs ist zukünftig nur noch in der Erstellungs- und Entsorgungsphase möglich. Darüber hinaus wächst das Interesse an den potentiellen Umweltwirkungen der erstellten Gebäude. Dazu wird z.B. der „CO2 Fußabdruck“ berechnet. Mit diesem Wert allein kann jedoch noch keine Aussage über alle Umweltwirkungen getroffen werden, da es wesentlich mehr Faktoren gibt, die sich nicht proportional zueinander verhalten und innerhalb einer Ökobilanz betrachtet werden müssen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit werden in Zukunft die „Graue Energie“, die potentiellen Umweltauswirkungen und der Ressourcenverbrauch in einer gesetzlich verpflichtenden Ökobilanzierung von Gebäuden eingeschlossen werden, um dem Anspruch einer ganzheitlichen Nachhaltigkeit von Gebäuden näher zu kommen. Das DGNB-Zertifikat ist ein gutes Beispiel für eine solche Bilanzierung, es enthält die genannten Bestandteile bereits, ist aber noch nicht für alle Gebäude verpflichtend. Die durchgeführte Analyse des bestehenden Forschungsstandes enthält eine systematische Kategorisierung der verschiedenen Recyclingkunststoffe anhand ihrer unterschiedlichen Eigenschaften. Zudem wurden bereits bestehende Anwendungsbereiche und deren Anforderungen für Produkte aus Rezyklat identifiziert. Mithilfe von Software und Datenbanken zur Lebenszyklusanalyse können Verwertungs- und Recyclingwege analysiert und mit der herkömmlichen Herstellung von Kunststoffen aus fossilen Ressourcen verglichen werden. Der Hauptteil der Arbeit enthält vergleichende Bilanzierungen von unterschiedlichen funktionellen Einheiten. Dabei wurden Bauteile aus Rezyklatkunststoffen mit herkömmlichen Bauteilen aus Holz, Metall, Stein, Kunststoff und Faserzement hinsichtlich ihrer ökologischen Umweltwirkungen verglichen. Anschließend wurden diese in die ökologische Lebenszyklusberechnung zweier Referenzgebäude übertragen, um festzustellen, welche Auswirkungen thermoplastische Rezyklatkunststoffe auf die ökologische Nachhaltigkeit von Gebäuden haben können.

In this work, I have investigated the prerequisites of residual and waste plastics for possible applications in semi-finished products and in building products, with special focus on the comparative ecological assessments of exemplary functional usage. The aim of this work has been to determine the impact of the use of components made of thermoplastic recycled plastics on the life cycle assessment of a building. From an ecological point of view, suitable applications in the building industry have been identified that can influence the use of components made of thermoplastic recycled plastics, the life cycle analyses of buildings, and the associated environmental effects. In addition, possibilities have been examined for sustaining valuable fossil resources and reducing the amount of generated waste plastics. In the first phase, I undertook a precise problem determination. This included the determination of the topic background and the definition of the target of the current research. The latter guided the work presented here. During the project, I continually checked the statements made in the problem determination for their correlation of causes and effects. Work involving the subject of plastic recycling is now inevitable. With the world's growing demand for the fossil resource of petroleum and its limited production volume, prices in the future will rise significantly not only for petroleum-based fuels, but also for plastics. The sooner that the exploration and optimization of alternative recycling processes begins and that the possibilities for the application of the recycled products are perceived, the less problematic and noticeable will be the scarcity of oil. Increased environmental awareness and growing energy prices have led to the Energy Savings Regulation (EnEV) in construction. The rules underpinning this regulation are regularly increased and tightened in order to trim new buildings to minimum energy consumption during their use. The maximum savings potential is achieved with the passive house standard, during which energy is no longer consumed during the utilization phase. This is mainly attributable to an increased use of material that reduces energy losses from buildings. Nevertheless, the EnEV considers only the utilization phase of the buildings. The production phase and the disposal phase remain outside the remit of EnEV. The term cumulative energy expenditure (KEA) involves "the totality of the primary energy-assessed effort, which may arise in connection with the production, use and disposal of an economic good (product or service)." (VDI Guideline VDI 4600 sheet 1) The KEA, which is colloquially known as the "gray energy" of construction products, has not yet become part the legally required energy performance of buildings. A reduction in the total energy requirement of buildings will however only be possible when the creation and disposal phases are also included in the calculations of energy use. In addition, interest is growing in the potential environmental impacts of the buildings created. For example, the "CO2 footprint" is calculated for this purpose. This value, however, allows no statement to be made with respect to all environmental effects, as significantly more factors are present that may not be proportional to one another but that must be considered within an ecological balance. In the future, "gray energy", potential environmental impacts, and resource consumption are likely to be included in a legally binding life cycle assessment of buildings in order for them to meet the requirements of the holistic sustainability of buildings. The DGNB certificate is a good example of such a life cycle assessment, as it already contains the components mentioned above, but it is not obligatory for all buildings. The analysis carried out here on the existing research base contains a systematic categorization of the various recycled plastics based on their different properties. In addition, I have identified existing application areas and their requirements for products from recyclates. I have analyzed and compared the utilization and recycling routes of the conventional production of plastics from fossil resources by means of software and databases for life cycle analysis. The main part of the work contains an examination of comparative balances of various functional units. Components made from recycled plastic materials were compared with conventional components made of wood, metal, stone, plastic, and fiber cement with regard to their ecological environmental effects. The data thus gained were subsequently transferred to the ecological life cycle calculation of two reference buildings in order to determine the effects that thermoplastic recycled plastics can have on the environmental sustainability of buildings.