Recycling von Kalksandsteinabbruchmaterial

Projekttitel: 

Ideengeber*in:

Potenzielle Projektpartner*innen

• Kalksandsteinunternehmen im Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.V. (nur KMU)
• Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.V.
• Recycling-Unternehmen (KMU)    
• Bauunternehmen (KMU)    
• zuständige Behörden (z.B. Landratsämter)     
• Bimolab gGmbH Soest, KMU-Recycler, Forschung und Entwicklung    

Abstract

 Mit der Entwicklung dieser DIN SPEC soll eine Basis für die Steigerung der Recyclingquote  von sortenreinem  Kalksandsteinmaterial aus dem Abbruch von Bauwerken geschaffen werden. Die DIN SPEC adressiert die bisherigen Recyclingaktivitäten der deutschen Kalksandsteinindustrie und erweitert diese um die kooperative Verbindung der am Recycling beteiligten Parteien (Abbruch-, Recycling- und Bau- und Kalksandsteinunternehmen sowie die zuständigen Behörden). Neben technischen und ökologischen Aspekten werden wirtschaftliche Gesichtspunkte durchdrungen. Die DIN SPEC soll praxisnahe Empfehlungen zur Durchführung des Kalksandstein-Recyclings geben und als Leitlinie für die Umsetzung des Kalksandstein-Recyclings sein. Darüber hinaus werden verschiedene Transfermaßnahmen benannt.   

Innovationsgrad

Welche Situation liegt aktuell wie vor?

• Green Deal

Der „Europäische Green Deal“ beinhaltet u.a. Anforderungen an das Recycling. Mit dem Umsetzungswerkzeug „Circular Economy Action Plan“ werden geschlossene Kreisläufe gefordert und Rahmenbedingungen erarbeitet. Das Schließen von Stoffkreisläufen wird gerade auch im Baubereich eine herausragende Rolle spielen.   

• Kalksandsteinindustrie

Kalksandsteine sind Mauersteine, die aus überwiegend kalkhaltigen und silicatischen Rohstoffen geformt und die in einer Atmosphäre von gespanntem Wasserdampf gehärtet werden. Hierbei bilden sich vorwiegend Calciumsilicathydrate (CSH-Phasen), die diesem Baustoff die erforderliche Festigkeit verleihen. Im Vergleich zu der an Luft sehr langsam ablaufenden Abbindereaktionen führt die Dampfhärtung zu einer enormen Beschleunigung der CSH-Phasen-Bildung Herstellung.   

Die deutsche Kalksandsteinindustrie hat in 2021 ihre Roadmap und eine aktuelle Umweltproduktdeklaration (EPD) veröffentlicht. Dabei ins das Recycling bereits ausführlich berücksichtigt. Die Studie „Roadmap für eine treibhausgasneutrale Kalksandsteinindustrie in Deutschland bis 2045“ zeigt einen möglichen Weg für die Transformation der deutschen Kalksandsteinindustrie in Richtung Treibhausgasneutralität bis zum Zieljahr der deutschen Klimapolitik 2045. Sie stellt auch die damit verbundenen Maßnahmen, Kosten und Voraussetzungen deutlich dar. Dabei werden auch bis 2030 erreichbare Emissionsreduktionen ausgewiesen. Das Baustoffrecycling ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Weges.

Die 78 deutschen Kalksandsteinwerke erzeugten in 2021 eine Produktionsmasse von rd. 7,6 Mio. t KS. Der zugehörige Energieverbrach beträgt rd. 800 GWh/Jahr. Der bei der Verbrennung fossiler Energieträger CO₂-Ausstoß liegt bei 885.000 t/Jahr. Durch den wissenschaftlich bewiesenen Recarbonatisierungseffekt werden in 50 Jahren rd. 442.000 t CO₂ wieder aufgenommen und das CO₂ dauerhaft und fest in das Kalksandsteingefüge eingebunden. Auch beim Recycling mit seinen Zerkleinerungsschritten verbleibt das CO₂ dauerhaft in den Recycling-Produkten und wird nicht wieder freigesetzt. Die normative und umweltrechtliche Anerkennung des Recarbonatisierungseffektes bei der Ökobilanzierung ist momentan einer der wichtigsten Ziele der Kalksandsteinindustrie.   

• Reinheitsgebot des Kalksandsteins

Für Kalksandsteine gilt seit Beginn der industriellen Produktion in 1894 das Reinheitsgebot: Kalksandsteine werden ausschließlich aus den natürlichen Rohstoffen Kalk, Sand und Wasser erzeugt. Sortenreines Kalksandstein-Recyclingmaterial kann ebenso verwendet werden.   

• Kalksandstein-Recycling als CO₂-Senke

Durch die Verwendung von zerkleinertem, sortenreinen Kalksandstein-Recycling-Material bei der Kalksandsteinproduktion besteht in vielen Fällen die verschiedene Möglichkeit einer Qualitätsverbesserung. Beispielsweise ist durch eine geschickte Kombination der bei der Produktion eingesetzten Gesteinskörnungen (Sande, Feinkiese und KS-RC-Material) eine Packungsdichteerhöhung des Gefüges und damit eine (praktisch kostenneutrale) Festigkeitssteigerung möglich. Somit kann beim Festhalten am aktuellen, für ein geplantes Mauerwerk vorgesehene Druckfestigkeitsniveau eine deutliche Reduktion der CO₂-intensiven Kalkmenge erfolgen. Beispielsweise kann die Kalkdosis von 8 M.-% auf 6 M.-% reduziert werden, was bei einem durchschnittlichen Kalksandsteinwerkwerk mit einer Produktionsmenge von rd. 100.000 Tonnen Kalksandstein pro Jahr zu einer Einsparung von bis zu 3.000 t CO₂ pro Jahr führen kann.    

• Konsortienbildung im Anfangsstadium

Ein Recycling von Kalksandstein-Abbruchmaterial für die erneute Kalksandsteinproduktion wird bislang nicht im großtechnischen Maßstab praktiziert. Bislang existiert noch kein etablierter Markt für Kalksandstein-Recyclingmaterial für die erneute Kalksandsteinerzeugung. Heute formieren sich lediglich erste Unternehmenszusammenschlüsse aus den Bereichen Abbruch, Recycling, Kalksandsteinherstellung, Bauunternehmen sowie zuständige Behörden. Die normativen Regelungen zur Zusammenarbeit liegen jedoch noch nicht vor und sind für eine geordnete Abwicklung jedoch unerlässlich. Für die Forcierung des Kalksandstein-Recyclings ist die Etablierung der Zusammenarbeit aller am Prozess Beteiligten erforderlich. Zum Zusammenwirken zwischen den am Prozess Beteiligten (Abbruchunternehmen, Recyclingunternehmen, Kalksand-steinhersteller, Bauunternehmen, zuständige Behörden) sind klare Regelungen zu den Abläufen und Zuständigkeiten erforderlich. Diese sollen in der geplanten der DIN SPEC fixiert werden.     

• Steigerung des Recyclinganteils

Eine weitere Steigerung der Recyclingquote von Mauerwerk und der weiteren Schließung dieses Stoffkreislaufs ist nur möglich, wenn rückgebautes oder abgerissenes Mauerwerk, das bisher nicht verwertet wird, rezykliert und einer höherwertigen Verwertung zuführt wird. Dies erfordert den umfassenden Einsatz verfügbarer und innovativer Technologien. Um den Einsatz dieser Technologien und damit das hochwertige Recycling von Mauerwerk zu fördern, muss ferner die Wirtschaftlichkeit sowie insbesondere logistische Aspekte der Verwertung und damit auch die räumliche Verteilung des Anfalls von Mauerwerksbauschutt und des Bedarfs von Recyclingprodukten berücksichtigt werden. Letzterer spiegelt die Akzeptanz der Recycling-Baustoffe seitens des Marktes und der Gesellschaft wider, die berücksichtigt werden muss.

Welche Bedarfe und Lösungen (aktueller Stand der Wissenschaft und Technik) liegen bei welchen Marktteilnehmern*innen vor?

Umweltgesetzgebung werden Rücknahmeforderungen bzgl. des Einsatzes von KS-Recyclingmaterial auf die Kalksandsteinindustrie zukommen. Hierauf muss sich die Kalksandsteinindustrie in ausreichendem Maße technisch, wirtschaftlich und ökologisch vorbereiten können. Flächen deckende großtechnische Lösungen existieren derzeit noch nicht. Die geplante DIN SPEC soll zur Umsetzung des Recyclings in der Kalksandsteinindustrie anhand von exakten Definitionen die Aufgabenstellungen vermitteln und Lösungsvorschläge aufzeigen. Angesichts der dynamischen europäischen und deutschen

Rezyklierte Gesteinskörnungen können aus Bauabfällen wie Steinen oder Bauschutt oder anderen Nebenprodukten hergestellt werden. Im Jahr 2018 sind laut der Initiative „Kreislaufwirtschaft Bau“ 218,8 Mio. t mineralische Bauabfälle angefallen. Davon entfielen 130,3 Mio. t auf Boden und Steine, 59,8 Mio. t  auf Bauschutt, 14,1 Mio. t auf Straßenaufbruch, 0,6 Mio. t auf Bauabfälle auf Gipsbasis und 14,0 Mio. t auf Baustellenabfälle. Pro Jahr werden nach [Müller] rd. 25 Mio. t Mauerwerk abgerissen. Der anfallende Kalksandsteinanteil an dieser Menge beträgt schätzungsweise 8 Mio. t. Diese dem Recycling zugeführt Menge ist damit sogar etwas größer als die in 2021 produzierte Kalksandsteinmasse von rd. 7,6 Mio. t.

In den Bereichen Erd-, Straßen- und Wegebau sowie im Vegetationsbau werden bereits nennenswerte Recyclingmengen eingesetzt, bei der Kalksandsteinherstellung jedoch heute noch nicht. Als mögliche Zugabemenge für die Kalksandsteinproduktion wurde beispielsweise als technisch mögliche Zugabemenge an sortenreinem KS-RC-Material von 10 M.-% extern kommuniziert.

Weshalb sind diese vorhandenen Lösungen nicht hinreichend genug?

Ohne sortenreine Trennung wird sich die Recyclingmenge nur sehr schwer erhöhen lassen. Zum einen wird auf Recyclinghöfen derzeit noch kaum eine sortenreine Trennung der unterschiedlichen Baumaterialien durchgeführt. Viele mineralische Baustoffe bleiben vermischt. Zum anderen besteht zwischen den am Recycling Beteiligten Marktteilnehmern noch kein etabliertes Netzwerk. Beide Voraussetzungen müssen geschaffen werden.

Was ist der Fortschritt Ihrer Idee gegenüber dem Stand von Wissenschaft und Technik?

Aus der Kalksandstein-Recycling-Forschung wurde bereits umfangreiches und detailliertes Praxiswissen erarbeitet. Die unternehmensübergreifende Forschung der Kalksandsteinindustrie erfolgt durch die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. in Hannover (Gründungsjahr: 1965). Im Rahmen der Recyclingforschung wurden inzwischen 12 AiF- und BBSR-Projekte durchgeführt und veröffentlicht, mit denen die Recyclingfähigkeit von Kalksandsteinen in folgenden Recyclingpfaden nachgewiesen wurde:

1. Erneute Kalksandstein-Produktion, sofern (streng) sortenrein
2. Betonbau, bereits genormt
3.  Erd-, Straßen- und Wegebau
4.  Vegetationssubstrate für Bäume, Sträucher und Dachbegrünungen
5. Deponiebau: Einsatz von Methan abbauendes RC-Granulat, versetzt mit Mikroorganismen
6. Herstellung von Recycling-Mauersteinen aus anderen RC-Materialien
7.  Füller aus Kalksandstein-Recycling-Material

Hiermit liegt bereits sehr umfangreiches Forschungswissen über die Recyclingfähigkeit von Kalksandsteinen vor. Der nächste erforderliche Schritt ist eine breite Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis.

Welche themenverwandten Standards, technische Regeln, Normenausschüsse, Gremien, Foren und Konsortien sind Ihnen bekannt bzw. existieren bereits?

Im Kalksandsteinbereich existieren noch keine Normen zum Recycling. Die europäische Kalksandsteinnorm DIN EN 771-2 erlaubt den Einsatz von sortenreinem Kalksandstein-Recyclingmaterial als silikatische Gesteinskörnung.

Beschreibung der Vorarbeiten: Welche Vorarbeiten sind vor einer möglichen Standardisierung Ihrer Idee noch zu leisten und mit welchem zeitlichen Faktor rechnen Sie hierbei?

Als Vorarbeiten sind die 12 AiF-Forschungsprojekte der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. zu verschiedenen Recycling-Forschungsaufgaben zu nennen, mit denen verschiedene Recyclingpfade im Labor, im Technikum und in großtechnischen Maßstab in Kalksandsteinwerken durchgeführt wurden. Diese Berichte wurden sämtlich veröffentlicht und wurden in die Kalksandstein-Roadmap sowie in die Umweltproduktdeklaration aufgenommen. Siehe Auflistung oben (Punkte 1 bis 7).     

Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Ihrer Idee und dem von Ihnen ausgewählten DIN-Connect Themenschwerpunkt?

Die Recyclingziele der Kalksandsteinindustrie und  dem Ziel dem DIN-Connect-Themenschwerpunkt sind deckungsgleich.    

Nutzen und Ziele

Welches Ziel verfolgen Sie mit Ihrer Idee?

Das Generalziel der geplanten DIN SPEC ist die Steigerung des Recycllnganteils von Kalksandstein im Rahmen des Circular Economy Action Plans. Das Recycling von sortenreinem Kalksandsteinmaterial soll durch einen geordneten Ablauf strukturiert und vereinfacht werden. Auf diese Weise wird eine größere Akzeptanz in den involvierten Unternehmen und im Markt erreicht.   

Welchen Nutzen generiert Ihre Innovation für welche Zielgruppen?

Für die beteiligte Unternehmen (Abbruch, Recycling, Bau, Kalksandsteinproduktion) erhöhen sich deren Wettbewerbschancen. Es können neue Märkte erschlossen und gesichert werden.       

Wer profitiert von Ihrer Idee und dem daraus entwickeltem Standard?

Von der Innovation in Verbindung mit der geplanten DIN SPEC profitieren sämtliche 43 in Deutschland produzierenden Kalksandsteinunternehmen, die überwiegend KMU sind. Ebenso ergeben sich Wettbewerbsvorteile für die beteiligten Abbruch-, Recycling und Bauunternehmen, die auch überwiegend KMU sind.

Hinzu kommt, dass mit der frühzeitigen Einbeziehung der zuständigen Behörden die umweltrechtlichen Vorgaben berücksichtigt werden können. Eventuelle rechtliche Hindernisse können mit Blick auf die Praxis somit schnell erkannt und gemeinsam nach Lösungen werden.

Der konkrete Nutzen für die KMU der Kalksandsteinindustrie besteht in der Entwicklung eines weiteren, innovativen Recyclingpfades für Kalksandstein-Recyclingmaterial auf einer hohen Wertschöpfungsebene (Upcycling). Dadurch wird die Wettbewerbsfähigkeit der überwiegend KMU-geprägten Unternehmen gestärkt.

Der konkrete Nutzen für die KMU der Recyclingindustrie mit ihren rd. 2.000 überwiegend von KMU betriebenen Recyclinghöfen besteht darin, aus einem Material mit niedrigstem Preisniveau durch ein innovativ betriebenes Upcycling ein Erzeugnis mit vergleichsweise hohem Preis produzieren zu können. Dies stärkt auch die Wettbewerbsfähigkeit der überwiegend KMU-geprägten Recyclingunternehmen und kann vorauseilend politische Forderungen nach einer Steigerung der Recyclingquoten erfüllen.

Durch die flächendeckende, dezentrale Verteilung der zahlreichen Branchenstandorte liegt eine regionale Verfügbarkeit bzgl. des Abbruchmaterials und der RC-Anlagen vor. Kurze Transportwege und Netzwerke existieren bereits und sind „gewachsen“.

Aufgrund der branchenübergreifenden Relevanz des Vorhabens (Abbruch, Recycling, Kalksandsteinproduktion und Bauunternehmen) werden neben betriebswirtschaftlichen Vorteilen auch volkswirtschaftliche Ziele erreicht: Steigerung der Baustoffqualität, Ressourceneffizienz, Ressourcenschonung, Kreislaufführung, Nachhaltigkeit, Beitrag zum Klimaschutz durch eine Absenkung der CO₂-Emissionen infolge der o.g. Reduktion der Bindemitteldosis.

Wie werden die Ergebnisse nach Projektabschluss verwertet?

Die geplante DIN SPEC wird veröffentlicht und steht allen am Prozess Beteiligten sowie der Öffentlichkeit zur Verfügung.

Die wirtschaftliche/technische Erfolgsaussichten für eine zeitnahe industrielle Umsetzung nach Projektende sind als sehr hoch und unmittelbar umsetzbar einzustufen, weil die durch die optimierten Herstellparametersätze bei Einsatz von Kalksandstein-Recyclingmaterial erzeugten Kalksandsteine mit geringerer CO₂-Last mit den vorhandenen Kalksandstein-Produktionsanlagen und den vorliegenden Rohstoffen direkt herstellbar sind. Somit ist kurzfristig eine direkte Umsetzung zu erwarten.

In den meisten Kalksandsteinwerken werden relativ geringe oder sogar gar keine Investitionen für maschinentechnische Einrichtungen (wie z.B. Silos, Bunker oder Software) erforderlich sein.

Alle Kalksandstein-KMU können von den Untersuchungsergebnissen direkt profitieren, weil sie hierdurch Wettbewerbsvorteile durch Ansätze für eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Produktion nutzen können.

Des Weiteren können Aussagen zur verbesserten Ökobilanz (geringerer Primärenergieverbrauch, geringere CO₂-Emissionen) werblich genutzt werden.

Die erhofften Untersuchungsergebnisse können direkt in die Aktualisierung Kalksandstein-Roadmap (Monitoring) zur Erreichung der Klimaneutralität einfließen. Die Anwendung der optimierten Herstellparametersätze wird in den sog. „Maßnahmenkatalog zu Fortschreibung der Kalksandstein-Roadmap“ aufgenommen.

Die angestrebten Untersuchungsergebnisse sollen in das Planungshandbuch „Kalksandstein – Planung-Konstruktion-Ausführung“ und in das „Handbuch zur Herstellung von Kalksandsteinen“ aufgenommen, den Meistern und Betriebsleitern aus den KMU-Produktionsstätten im Rahmen von Seminaren vermittelt werden.

Skizzieren Sie bitte die europäische/internationale Bedeutung

Die geplante DIN SPEC soll auf nationaler Ebene im Recycling- und Baubereich eine große Bedeutung erlangen und wird auch in die europäische Normung eingespeist. Hier hätte sie den Charakter einer Umsetzungsnorm zum CEN-TC 350 (Nachhaltigkeit von Gebäuden). Dazu wird Kontakt zu den europäischen Verbänden aufgenommen, allen voran zum europäischen Kalksandsteinverband „European Calcium Silicate Masonry Association“ (ECSPA). Die europäischen Verbände der Abbruch- und Recyclingindustrie werden über ihre deutschen Mitglieder kontaktiert.

Skizzieren Sie bitte die Markt- und gesellschaftliche Relevanz

Die deutsche Kalksandsteinindustrie hat sich auch im Jahr 2021 ihre Position als Marktführer im mehrgeschossigen Wohnungsbau gesichert. Trotz unsicherer wirtschaftlicher Rahmenbedingungen bleibt Kalksandstein auch im Jahr 2021 der am häufigsten eingesetzte Baustoff im mehrgeschossigen Wohnungsbau. Das belegen die vom statistischen Bundesamt veröffentlichten Zahlen zu den Baufertigstellungen nach überwiegend verwendeten Baustoffen. Von 14.483 fertig gestellten Wohngebäuden mit drei oder mehr Wohneinheiten liegt Kalksandstein mit einem Anteil von rund 34 Prozent deutlich vor den Wettbewerbsprodukten. Vom Gesamtvolumen (Rauminhalt) von insgesamt 60.785.000 m³ hat Kalksandstein einen Anteil von knapp 38 Prozent und bleibt somit bereits das neunte Jahr in Folge Marktführer in diesem wichtigen Marktsegment. Es ist zu erwarten, dass eine Etablierung des Kalksandsteinrecyclings diese Marktstellung absichern und ausbauen wird. Durch die Forcierung des Recyclings hat die Förderung des Recycling ebenfalls ihre entsprechende gesellschaftliche Relevanz.

Kompetenzen und Ressourcen

Die inhaltliche und wissenschaftlich Abwicklung erfolgt über die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V., die sich seit fast 60 Jahren mit der Entwicklung, Herstellung und Prüfung von Kalksandstein-Produkten befasst und über Kontakte zu allen produzierenden Kalksandstein-Betrieben verfügt. Zu den wesentlichen Zielen der Forschungsaktivitäten zählen die kontinuierliche Verbesserung und Entwicklung der Produktions- und der Bauanwendungstechnik. Hauptaufgaben sind die Unterstützung bei der Steigerung des Marktanteils, das schadensfreie Bauen, die weitere Steigerung der Produktqualität, die Förderung innovativer Entwicklungen und das Aufzeigen von Maßnahmen zur weiteren Reduzierung der Produktionskosten, der Energieverbräuche sowie die Reduzierung der CO₂-Emissionen mit dem Ziel, eine klimaneutrale Kalksandsteinproduktion zu erreichen. Ein wesentlicher Schwerpunkt ist das Recycling von Kalksandsteinmaterialien.

Die zeitlichen, technologischen und sonstigen Ressourcen sind für dieses Projekt vorhanden. Bei der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V sind 6 Mitarbeiter beschäftigt.

Standardisierungsscope/Anwendungsbereich

Der Anwendungsbereich umfasst die gesamte Produktpalette der deutschen Kalksandsteinindustrie (klein- und mittelformatige Steine sowie KS-XL-Produkte für konfektionierte Kalksandstein-Bausätze).