Holz, ein ökologischer Rohstoff

Die technischen Holzinformationen der Lignum

Holz Holzwerkstoff

Fakten und Argumente zu Umweltaspekten

Holz Ein รถkologischer Rohstoff

O

Peter Hofer, Lignum Dr. Klaus Richter, EMPA

Lignum

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Inhalt

Seite 2

Lignatec 1/96

Zum Wesen und Lesen von Ökobilanzen 1 1.1 Der Begriff 1.2 Mit Ökobilanzen zum sparsamen Umgang mit Ressourcen 1.3 Aufbau der Bilanzierung Besondere Qualitäten der Holzproduktion und des Waldes 2.1 Holz wächst nur an Holz 2.2 Waldfunktionen 2.3 Schonende Ernteverfahren 2.4 Bis zum letzten Span Vollständige Rohstoffausnützung

4

2

6

Stoffkreisläufe schliessen Die CO2Bilanz von Holz und Holzprodukten 3.1 Die weltweite CO2-Problematik 3.2 Holz ist CO2-neutral 3.3 Vermehrte CO2-Bindung von Wald und Holz

9

Vergleichende Ökobilanzen von Holzprodukten 4 4.1 Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten 4.2 Zur Energiebuchhaltung von Gebäuden Die Herstellungsenergie 4.3 Leitungsmasten 4.4 Energie aus Heizöl oder Holz

14 18 22

3

26

5 Fazit

27

6

28

Literatur Impressum

1 Zum Wesen und Lesen von Ökobilanzen 1.1

Der Begriff

«Die Ökobilanz ist ein Instrument zur Erfassung ökologischer Einwirkungen durch menschliche Aktivitäten. Sie basiert weitgehend auf Stoff- und Energiebilanzen über ein definiertes Bilanzgebiet. Sie bietet die Grundlage für eine Bewertung der ökologischen Auswirkungen.« (Definition EMPA, zitier( nach «Das HanclwörteribLICil der Ökobilanzierung»)

Man kennt Ökobilanzen noch nicht sehr lange. Es ist ein sehr komplexes und aufwendiges Unterfangen, die Benützung von Umweltgütern bei der Rohstoffgewinnung, bei der Herstellung, Nutzung, Wiederverwendung und Entsorgung von Produkten zu beziffern und aufzurechnen. Bis heute gibt es erst wenige allgemein verbindliche Regeln und Konventionen zur Erstellung von Ökobitanzen. Im Rahmen der Internationalen Normenorganisation ISO wird gegenwärtig versucht, entsprechende Standards zu schaffen.

Ebenso fehlt eine einheitliche und einfache Bewertungsgrösse, wie sie in den wirtschaftlichen Bilanzen das Geld darstellt. Statt dessen sind in einer Input-Output-Analyse Stoffströme relevant. Es geht um Art und Menge

der einfliessenden Stoffe, die bei den Prozessen verwendete Energie sowie die hergestellten Produkte und die sie begleitenden Emissionen.

Bis heute gibt es keine einheitliche Meinung darüber, wie diese verschiedenen Elemente in einer Messgrösse gegeneinander aufgerechnet werden können. Die Wertung der verschiedenen, ermittelten Masszahlen bleibt letztlich subjektiv und Ermessenssache.

Damit sind auch Möglichkeiten gegeben, das Resultat der Ökobilanz nach den eigenen Wünschen zu beeinflussen.

1.2

Mit Ökobilanzen zum sparsamen Umgang mit Ressourcen

Die Wirtschaft ist aufgerufen, sparsamer mit den verfügbaren Rohstoffen und Energieträgern umzugehen. Ökobilanzen sind hierzu ein Instrument, liefern sie doch entsprechende Entscheidungsgrundlagen. Sie bilden den Verzehr an Umweltgütern ab und bewerten diesen. Traditionelle Gewinn- und Verlustrechnungen sowie Bilanzen von Unternehmen können zu ganz unterschiedlichen

3

Zwecken erstellt werden. Und dies ist auch für Ökobilanzen oder Lebenszyklusanalysen der Fall. Sie werden etwa mit der Absicht erarbeitet: • Erkenntnisse zur Optimierung von Produktionsabläufen aus ökologischer Sicht zu gewinnen und nach Möglichkeit durch eingesparte Energie und Rohstoffe sowie durch vermiedene Umweltbeeinträchtigungen letztlich auch die Kosten zu reduzieren. ® Die Verwendung eines Produktes auch in ökologischer Sicht zu legitimieren, bzw. im

1.3

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guten wie im schlechten Sinne werblich wirksame Argumente zu erhalten, um derart Wettbewerbsvorteile zu gewinnen.

Auch im zweiten Falle kann die Ökobilanz zu umweltgerechtem Verhalten beitragen, wird doch der Konsument motiviert, das «ökologischere» Produkt zu kaufen. Die grundsätzliche Frage, ob ein Produkt überhaupt nötig ist, beantwortet dagegen auch die Ökobilanz nicht. Im Hinblick auf ihre Zielsetzung enthält die Ökobilanz immer Wertungen. Es ist wichtig, sich darüber Rechenschaft abzulegen, um die Wertung zu verstehen und interpretieren zu können.

Aufbau der Bilanzierung

Das Standardmodell einer heutigen Ökobilanz umfasst im wesentlichen vier Schritte: 1. Die Zieldefinition legt methodische Annahmen über Systemgrenzen, Bilanzgebiet und untersuchte Grössen fest.

2. Die Sachbilanz setzt in Form von Inventaren die vorgängig festgelegten Kriterien in Daten um. Sie umfasst eine in der Regel sehr komplizierte Bestandesaufnahme der Material- und Energieflüsse.

3. Die Wirkungsanalyse oder Wirkungsbilanz beinhaltet die Abschätzung der Umwelteinwirkungen der Stoff- und Energieflüsse.

4. Die Bewertung der festgestellten Einwirkungen.

Die gegenseitige Abwägung der verschiedenen Summen- und Wirkungsparameter zur Bewertung der Gesamtbilanz ist wohl der umstrittenste Schritt, da die Bewertung eigentlich nicht objektivierbar ist. Tatsächlich birgt aber auch die Festlegung der Systemgrenzen und der Parameter sowie die Berücksichtigung oder die Vernachlässigung von einzelnen Stoffen viele Möglichkeiten, das Resultat einer Ökobilanz zu beeinflussen und sie damit bestimmten Verwendungszwecken dienstbar zu machen. Eine korrekte Ökobilanz muss deshalb die folgenden, wichtigen Anforderungen erfüllen: Vollständig: Im Sinne der Produkt-Lebensweg-Analyse sind alle umweltrelevanten Parameter von der Rohstoff-Gewinnung bis zur Entsorgung zu erfassen.

Transparent:

Energie

Hilfsstoffe

Rohstoffe

Rohstoffgewinnung Produktion Verarbeitung Transporte

iecycling/ rwencl bare Jenprodi.)1, ,tn

Ruckstande/ Hauptprodukte Ernissionen (fest, flüssig, gastbi mit

Rohstoffverbrauch

Die Art der Datenerhebung und die Wahl der getroffenen Annahmen ist offen darzulegen, ihre Auswirkung auf das Ergebnis ist allenfalls mit Sensitivitätsanalysen aufzuzeigen.

Energieverbrauch

Nachvollziehbar: Luftbelastung

Es muss klar ersichtlich sein, wie die wiedergegebenen Daten zustandegekommen sind, sie müssen reproduzierbar sein.

Einheitliche Kriterien:

Wasserbelastung Uflonlage Lind hhitzni-Ig

Bodenbelastun

Entsorgung tenycling u.N. eric-15am enpioclul<te

Rückstände/ Erni )) , - - innen fest, flüssig, gas,fgrrnigi

wettern Asf)ekli

Den getroffenen Annahmen und der Bewertung müssen einheitliche Kriterien zugrunde liegen, die verglichenen Produkte sollen dem gleichen Verwendungszweck dienen, bzw. für dieselbe Grundfunktion geeignet sein, also z.B. Tragsysteme gleicher Leistungsfähigkeit, Fenster gleicher Abmessungen und k-Werte, usw.

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Tabelle 1 Beispiele für Bewertungsgrössen einer Wirkungsbilanz

a) Summenparameter

b) Wirkungsorientierte Parameter (nach Heijungs R., Guinee J. B. et al.)

Primärenergie-Verbrauch Alle Energieformen werden auf Primärenergieträger zurückgerechnet und in Megajoule ausgedrückt.

Es wird zwischen fossilen und erneuerbaren Energieträgern unterschieden.

Treibhauseffekt (Global Warming Potential GWP) Verschiedene Gase, welche alle zum global wirkenden Treibhauseffekt beitragen, werden mittels Wirkungsfaktoren auf Kohlendioxid umgerechnet (kg CO2-Äquivalent)

Kritisches Luftvolumen, kritisches Wasservolumen Kritische Volumen geben die theoretischen Volumenmengen an Wasser und Luft an, welche durch die betreffenden Emissionen bis zu den gesetzlichen Grenzwerten der entsprechenden nationalen Gesetze belastet werden. Für ihre Berechnung werden die Emissionsdaten jedes Stoffes durch die festgelegten Grenzwerte dividiert und anschliessend addiert.

Dadurch entsteht eine Gewichtung der einzelnen Stoffe nach ihrer Toxizität. In schweizerischen Studien werden in der Regel die Grenzwerte der Schweizerischen Luftreinhalteverordnung LRV 92, bzw. der Schweiz. Verordnung über Abwassereinleitung 1989 (Grenzwerte für Einleitung in ein Gewässer) einbezogen.

Photochemische Ozonbildung Alle Gase, die zur Bildung von photochemischen Oxidantien beitragen, werden mittels Wirkungsfaktoren auf Ethylen (kg C2H4-Äquivalent) umgerechnet.

Feste Abfälle In fester Form anfallende und zur Deponie gelangende Abfälle können als Gesamtanteil zusammengefasst werden. Teilweise wird zusätzlich nach den in der Schweizerischen Abfallverordnung TVA vorgegebenen Kategorien Inertstoff-, Reaktor- und Sonderabfalldeponie aufgeteilt.

Versäuerung von Boden und Gewässern Alle für die Versäuerung relevanten Luftemissionen werden über Wirkungsfaktoren auf Schwefeldioxid (kg S02-Äquivalent) umgerechnet, indem ihr Abgabepotential von Erionen als Referenz herangezogen wird. Überdüngung Emissionen in Wasser, Boden oder Luft werden über Wirkungsfaktoren auf Phosphat umgerechnet (kg PO4-Äquivalent), indem ihr Düngungspotential in bezug auf Phosphat als Basis angenommen wird.

Humantoxizität Emissionen mit einer Auswirkung auf die menschliche Gesundheit werden mit Wirkungsfaktoren multipliziert, die von der Substanz und dem Umweltmedium abhängen (Luft, Boden, Wasser). Die einzelnen Effekte werden zu einer Äquivalenzzahl (kg Körpergewicht) addiert. Diese beschreibt, wieviel Masse des menschlichen Körpers in Kilogramm bis zum toxikologischen Limit exponiert ist. Ökotoxizität Emissionen mit einem Einfluss auf die Stabilität von Ökosystemen werden mit Aquivalenzfaktoren für Wasser- und Bodenökosysteme multipliziert. Die einzelnen Effekte beschreiben das kritische Volumen in Kubikmeter Wasser oder in Kilogramm Boden, das durch jede Substanz verunreinigt wird. Sie werden addiert zu Gesamtbelastungen für Wasser- und Bodenökotoxizität.

2

Besondere Qualitäten der Holzproduktion und des Waldes 2.1

Holz wächst nur an Holz

Bei nachwachsenden Rohstoffen wie dem Holz macht sich der Mensch natürliche Wachstumsprozesse zunutze, in die er zu einem bestimmten Zeitpunkt eingreift. Im Falle des Holzes wird das natürliche Ableben des Organismus vorweggenommen. Der Baum wird nach seiner Ernte in ein mehr oder weniger dauerhaftes Produkt umgewandelt oder energetisch genutzt. Nachhaltig betriebene Waldwirtschaft entnimmt dem Wald nie mehr Holz, als der Bestand zu produzieren vermag. Das Holz wird so entnommen, dass die natürliche Regenerationskraft des Waldes erhalten bleibt.

Gegenwärtig wird um die Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung international eine in-

tensive Diskussion geführt. Kernpunkt ist die Frage, welches denn die Kriterien der Nachhaltigkeit sind. Tatsächlich hat sich der Begriff seit seiner Entstehung vor etwa zweihundert Jahren entsprechend den Ansprüchen an den Wald gewandelt. Vier Kriterien stehen heute zur Diskussion, von denen zwei erst in neuerer Zeit wichtig geworden sind.

Flächenkriterium In der Schweiz darf die Waldfläche nicht vermindert werden, sie hat seit Anfang dieses Jahrhunderts sogar um 40 Prozent zugenommen und deckt heute rund 30 Prozent der Landesoberfläche. Wer hiebsreife Bäume schlägt, hat dafür zu sorgen, dass am selben Ort wieder Bäume wachsen, der Waldboden also nicht anderweitig genutzt wird. Die

5

Waldfläche bleibt auch in Europa generell stabil oder vergrössert sich leicht. Ein stark bewaldetes Land wird indessen das Flächenkriterium nicht so absolut definieren. Auch die Schweiz war einmal zu 70 Prozent bewaldet. Dahin will kaum jemand zurück.

Mengenkriterium Dem Wald soll jährlich nicht mehr Holz entnommen werden, als auch wieder nachwächst. Es soll von den Zinsen gelebt, das Kapital darf nicht angegriffen werden. Diese Auflage wird in der Schweiz betriebsweise kontrolliert. Gesamtschweizerisch wird geschätzt, dass der Zuwachs (rund 7 Millionen Kubikmeter) heute die Nutzung (ca 4.5 Millionen Kubikmeter) um rund 50 Prozent überschreitet. Entsprechend wurden im Schweizer Wald grosse Vorräte aufgebaut, die aber nicht beliebig erhöht werden können. Auch europaweit wird eine deutliche Zunahme der Holzvorräte registriert.

Figur 2 Zuwachsverhältnisse in den Ländern der EU und der EFTA (406 Mio. m3)

Nicht genutzter Zuwachs 38%

Nutzung 62%

1'

Biodiversität Mit der Waldbenutzung soll die Vielfalt der Pflanzen- und Tierwelt erhalten und gefördert werden. Über diese neuere Anforderung gehen die Meinungen noch recht weit auseinander. Einig ist man sich wohl darüber, dass der Wald aus standortgerechten Baumarten bestehen und vielfältig zusammengesetzt sein soll. Dieser Vielfalt sind aber an

Tabelle 2 Durchschnittsvorräte in den Wäldern Europas (in m3/Hektare) 50

100

150

200

250

300

Griechenland

350

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vielen Standorten Grenzen gesetzt. So wachsen etwa Eichen und Linden in den Voralpen und Alpenregionen nicht. In unseren Breitengraden streben Waldgesellschaften übrigens nicht natürlicherweise zu grosser Vielfalt. Somit stellt sich die Frage, ob künstlich eine grössere Biodiversität aufrecht erhalten werden soll.

Soziale Kriterien Sie besagen, dass die Waldbenutzung im allgemeinen und die Holznutzung im speziellen auf die besonderen Bedürfnisse und Gewohnheitsrechte der Bevölkerung Rücksicht zu nehmen hat, die im und vom Wald lebt.

Dieses Kriterium ist vor allem in den Entwicklungsländern von Bedeutung. In der Schweiz und in Europa besteht dagegen ein freier Arbeitsmarkt, die Eigentumsrechte sind klar definiert und die Rechtsprechung ist weit entwickelt.

Die folgenden Ausführungen über die Ökobilanzen gehen von der Annahme aus, das Holz stamme aus einer Bewirtschaftung, die mindestens dem Flächen- und Mengenkriterium genügt. Sind diese zwei Bedingungen erfüllt, kann von einem regenerierbaren Rohstoff gesprochen werden. Der Konsens darüber, was Biodiversität ist und welche Bedingungen zu ihrer Erfüllung nötig sind, wird wohl noch einige Zeit in Anspruch nehmen, Die schweizerischen Anforderungen sind im Waldgesetz (1993) formuliert und gehen auch in diesem Bereich sehr weit. Die gesetzlichen Vorgaben werden auch lückenlos vollzogen.

Portugal Spanien

2.2

Irland Norwege Schweden Finnland Grossbritannien Italien Dänemark Belgien Frankreich Niederlande Deutschland Österreich Schweiz 50

100

150

200

250

300

Waldfunktionen

Umweltnutzen (environmental benefits) gehen im Normalfall nicht in Ökobilanzen ein, zu schwierig ist meistens ihre Bewertung.

Gerade hier haben der Wald und mit ihm das Holz aber einiges zu bieten. Jeder Wald erbringt wichtige Leistungen für die Bevölkerung eines Landes: Er schützt vor Erosion, Steinschlag und Lawinen, er wirkt klimatisch ausgleichend, reguliert den Wasserhaushalt, gliedert die Landschaft. Wald ist Lebensraum für Tiere und Pflanzen, bietet sich als Raum für die Erholung an und ist wesentlich für Naturschutz und Landschaftspflege. Viele dieser Leistungen erbringt ein pfleglich bewirtschafteter Wald besser als ein sich selbst überlassener. In den meisten Fällen beeinträchtigt die rücksichtsvolle Holznutzung die350 se Funktionen nicht.

6

Wenn sich diese Grössen auch nicht bewerten lassen, im Rahmen von Produkt- und Materialvergleichen müssten solche positiven Umweltleistungen mindestens gedanklich mit einbezogen werden.

2.3

Schonende Ernteverfahren

Die Produktions- und Ernteverfahren, welche in der Schweiz angewendet werden, sind besonders umweltschonend. Dies darf mit Fug und Recht behauptet werden. Die Gesetzgebung unterbindet Kahlschläge, die Eingriffe in die Natur sind vor allem im Vergleich zu nicht erneuerbaren Alternativrohstoffen minimal.

Der Eingriff in natürliche Kreisläufe zur Gewinnung erneuerbarer Rohstoffe, etwa bei Nahrungspflanzen, ist wenig bestritten und löst kaum Reaktionen aus. Sehr skeptisch werden dagegen Eingriffe im Wald beurteilt, obwohl hier unter schweizerischen und europäischen Verhältnissen mindestens so schonend vorgegangen wird, wie in der landwirtschaftlichen Produktion. Die langen, für den Menschen schwierig zu überblickenden Produktionszeiträume im Wald, im Mit-

3

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telland etwa 100 bis 120 Jahre, die Grösse und nicht zuletzt die mythische Bedeutung der Bäume mögen dabei eine Rolle spielen.

2.4

Bis zum letzten Span Vollständige Rohstoffausnützung

Ein weiteres Merkmal der Holzverwendung ist die fast vollständige Materialausbeute.

Beginnend im Walde werden weniger hochwertige Sortimente als Industrieholz der Holzwerkstoff-Herstellung, der Zellstoff- und Holzschliffproduktion zugeführt oder als Brennholz aufbereitet. Verwertet wird vielfach auch die Rinde. Die Sägereiabfälle werden als Industrierohstoff oder als Brennmaterial verwendet und auch die Resthölzer aus der weiteren Verarbeitung lassen sich teilweise weiterverwenden oder energetisch nutzen. Wo Holz mit anderen Materialien kombiniert oder verunreinigt wurde, sind die Feuerungen mit besonderen Abgasreinigungs-Anlagen auszurüsten. Die heute verfügbaren Technologien erlauben aber die problemlose Einhaltung aller gesetzlichen Emissionsgrenzwerte und sparen wiederum wertvollen Deponieraum.

Stoffkreisläufe schliessen Die CO2-Bilanz von Holz und Holzprodukten Die Kohlendioxid- oder CO2-Problematik wird hier übergreifend angeschnitten, weil CO2 erst seit kurzem Eingang in Ökobilanzen findet. Es galt lange nicht als Schadstoff, sondern als umweltneutrales Verbrennungsprodukt. Erst seit Beginn der neunziger Jahre wird seine ökologische Problematik anerkannt und indirekt über die Messgrösse «Verbrauch an fossilen Energieträgern» bzw. mit der Grösse «Treibhauseffekt» berücksichtigt.

Eine besondere ökologische Stärke des Holzes liegt aber klar in diesem Bereich und soll deshalb hier unterstrichen werden.

3.1

Die weltweite CO2-Problematik

Aufgrund seiner Wirkung als Treibhausgas gilt der weltweite Ausstoss von CO2, dem Produkt praktisch aller Verbrennungsprozesse zur Energiegewinnung, als zentrale ökologische Problemstellung kommender Jahrzehnte. Fachleute geben an, CO, verursache die globale Erwärmung zu rund 50%. Zudem sind weitere «Treibhausgase» beteiligt, wie etwa Methan, Stickoxid, Ozon, FCKW's, usw.

Als Folge der weltweit in grossen Mengen verwendeten fossilen Energieträger kann

denn auch in der Erdatmosphäre über längere Zeit ein markanter Anstieg der CO2-Konzentration festgestellt werden. Messungen haben ergeben, dass diese Konzentration von natürlichen 280 ppm (ppm = parts per million oder Anzahl Teile pro Million) auf 355 ppm zugenommen haben dürfte. Damit beträgt die Zunahme seit 1750 über 27 Prozent. Extrapolationen rechnen bis ins Jahr 2050 mit weiteren Erhöhungen der Konzentration bis auf rund 450 ppm.

Bedingt durch menschliche Tätigkeiten werden pro Jahr weltweit rund 6 Milliarden Tonnen (=Gigatonnen) Kohlenstoff zu 22 Gigatonnen CO2 umgewandelt und in die Atmosphäre ausgestossen. Die Schätzungen gehen teilweise auch höher. Rund 5 Gigatonnen Kohlenstoff stammen aus fossilen Energieträgern, circa 1 Gigatonne aus Waldflächen vorwiegend in den tropischen Ländern. Das Kohlendioxid entsteht durch die Verbrennung der fossilen Energieträger und das Abbrennen des Waldes. Damit ist eine Erhöhung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre von jährlich 0,5 Prozent verbunden.

7

Tabelle 3

Trend der CO2 Konzentration in der Atmosphäre (Monats- und Jahresmittel) ppm

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• Verschiebung des Verbrauches zu Energieträgern mit höherer 002-Effizienz O Vermehrte Verwendung 002-neutraler Energieträger • Aufbau von CO2-Senken (Bereiche, die der Luft CO2 entziehen und Kohlenstoff akkumulieren und lagern).

340

330 ,.,

f

3.2

3'20

1960

1965

1970

1975

1980

1985

Die Auswirkungen dieser Vorgänge sind nicht direkt voraussehbar, hat doch die Erde in mannigfacher Beziehung die Möglichkeit, diese Entwicklung teilweise zu korrigieren.

Man spricht von positiver (verstärkender) und negativer (abschwächender) Rückkoppelung. Namhafte Wissenschafter warnen indessen davor, in Erwartung selbstregulierender Mechanismen auf das Handeln zu verzichten. Die bestehende Unsicherheit über die Folgen sollte uns jetzt nicht zur Untätigkeit verleiten, verändern wir doch die Zusammensetzung der Atmosphäre mit nie dagewesener Geschwindigkeit.

Für die Schweiz wird mit einem jährlichen Ausstoss an Kohlendioxid von 49 Millionen Tonnen oder 0,2 Prozent des Weltausstosses gerechnet. Für ein Industrieland mit seinem hohen Energiebedarf ist der Beitrag der Schweiz damit unterproportional. Dies hängt mit dem in unserem Lande hohen Anteil an hydraulisch gewonnener Elektrizität zusammen. Zudem werden viele energieintensive Produkte aus dem Ausland importiert.

Mit dem Rahmenübereinkommen über Klimaänderungen von 1992 hat sich die internationale Staatengemeinschaft einen gesetzlichen Rahmen gegeben und klare Ziele gesetzt. Für die Industrieländer gilt es einerseits, das Niveau des Ausstosses von Treibhausgasen, vor allem CO2, bis ins Jahr 2000 auf das Niveau von 1990 zurückzuführen und dann sukzessive weiter zu senken. Zudem müssen für entsprechende Massnahmen in den Entwicklungsländern finanzielle Mittel bereitgestellt sowie Know-how und Technologien zur Verfügung gestellt werden. Das Hauptgewicht der Massnahmen liegt damit eindeutig bei den Industrieländern.

Die Massnahmen zur Senkung der CO2-Emissionen lassen sich im einzelnen wie folgt umschreiben: ® Reduktion der Verbrennung fossiler Brennund Treibstoffe, rationeller Energieeinsatz, höhere Energieeffizienz

Holz ist CO2-neutral

Im Verlaufe seines Wachstums entzieht ein Baum der umgebenden Luft 002. Er wandelt dieses mit Wasser durch Photosynthese in organische Substanz (gebundenen Kohlenstoff) um und gibt Sauerstoff (02) an die umgebende Luft ab. Jeder Baum wirkt während seiner Lebensdauer als Kohlenstoffspeicher. Bei einer dauerhaften Verwendung von Holz als Bau- und Konstruktionsmaterial bleibt der Kohlenstoff über weitere Jahre gebunden und damit dem Kreislauf entzogen. Scheidet das Holzprodukt aus dem Produktezyklus aus, kann es einer energetischen Nutzung zugeführt werden. Es setzt dabei die ursprünglich absorbierte Menge an CO2 wieder frei, gleich viel wie bei einer natürlichen Verrottung des Baumes im Walde. Der Rohstoff ist somit 002-neutral.

Kohlenstoffkreislauf Holz

6 CO 6H,0

Figur 3

C 0, + 6

Die Situation ist bei den fossilen Rohstoffen und Energieträgern anders. Zum Zeitpunkt ihrer Entstehung wurde der Atmosphäre ebenfalls CO2 entzogen und Kohlenstoff gelagert. Die über Jahrmillionen gebildeten Lager und Reservoire werden jetzt durch den Menschen im Laufe weniger Generationen in CO2 zurückverwandelt. Neubildung und Rückwandlung sind nicht mehr im Gleichgewicht wie beim Holz.

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Tabelle 4

3.3

Woraus besteht Holz im einzelnen?

50% 6% 44% 0,05

Kohlenstoff C Wasserstoff H Sauerstoff 0 Stickstoff N

Cellulose Hemicellulosen Lignin Extra ktstoffe Asche

0,25%

Nadelholz

Laubholz

42 24 25 2 0,2 -

42 27 18 1 0,2

49% 30% 30% 9% 0,8%

- 51% - 40% - 24% - 10% - 0,8%

Gewichtsprozente

Im Schweizer Wald stehen heute 365 Millionen Kubikmeter Holz. Dies entspricht einer Kohlenstoffbindung von 90 Millionen Tonnen. Dazu kommen 40 Millionen Tonnen in Reisig und Wurzeln sowie 180 bis 240 Millionen Tonnen im organischen Bodenmaterial.

Gehen wir von einem Bestand an dauerhaften Holzprodukten von 100 Millionen Kubikmetern fester Holzmasse aus, so sind weitere rund 25 Millionen Tonnen Kohlenstoff gebunden. Allein der stehende Vorrat im Walde und die Holzprodukte entsprechen 115 Millionen Tonnen gebundenem Kohlenstoff oder 420 Millionen Tonnen CO2-Gas. Dazu sind die jährlichen Emissionen in der Schweiz von rund 49 Millionen Tonnen CO2 ins Verhältnis zu setzen.

Tabelle 5 Schätzung des Bestandes an Holzprodukten in der Schweiz Vorratsbereich

zugrundegelegte Annahmen

Berechnung

Gebäudebestand

in alten Bauten hoher Holzanteil

1,3 Mio ä 20 m3

feste Holzmasse in Mio m3 26

grobe Schätzung Weitere Bauten Brücken, Aussenbau

50% der Gebäude 13

Mobiliar Einrichtungen

grobe Schätzung

2 m3 pro Einwohner 14

Papiervorräte, Bücher, Archive

grobe Schätzung

1 T pro Einwohner 16 1 T Papier = 2,3 m3

Brennholz

Annahme: Vorrat = 2,5 x Jahresverbrauch

Jahresverbrauch = 1,82 Mio m3

5

Holzwaren, Do it yourself

Annahme: Vorrat = 10 x Jahresverbrauch

Jahresverbrauch = 0,13 Mio m3

1

Verpackungen

Annahme: Vorrat = 10 x Jahresverbrauch

Jahresverbrauch = 0,34 Mio m3

3

Materialvorräte in der Verarbeitungskette

Annahme: Vorrat = 2 x Jahresverbrauch

Jahresverbrauch = 12 5,782 Mio m3 10

Diverses, Unsicherheit

100

Total Gebundener Kohlenstoff

25 Mio Tonnen

CO2-Äquivalent

92 Mio Tonnen

Vermehrte CO2-Bindung von Wald und Holz

In verschiedener Beziehung können Wald und Holz zur Verbesserung der CO2-Bilanz in der Schweiz beitragen.

Nicht höherwertig eingesetztes Holz aus Wald und Verarbeitungskette, ebenso aus dem Produktezyklus ausscheidende Holzprodukte, können konsequent energetisch genutzt werden. Dies erfolgt heute in der Schweiz in einem Ausmasse von etwa 2,1 Millionen Kubikmetern, das entsprechende kurz- bis mittelfristige Potential wird mit 3,7 bis 4,9 Millionen Kubikmeter Holz, das theoretische Potential mit 6,0 Millionen Kubikmeter beziffert. Im Ausmasse als mit der zusätzlich nutzbaren Menge fossile Energieträger ersetzt werden, könnten damit CO2-Emissionen reduziert werden. Eine Erhöhung bis zum theoretischen Potential würde jährlich weitere 3,5 Millionen Tonnen CO2 einsparen.

2. Durch Aufforstungstätigkeit können in der Aufbauphase der Bestände zusätzliche Mengen an Kohlenstoff gebunden, bzw. der Luft CO2 entzogen werden. Bei einem tief angesetzten, mittleren Holzzuwachs von 3 Kubikmetern pro Hektar und Jahr werden so je etwa 0,75 Tonnen Kohlenstoff gebunden (bzw. 2,75 Tonnen CO2 «neutralisiert»). Diese zusätzliche Kohlenstoffbindung erfolgt solange, als in einem Bestand ein Nettozuwachs vorhanden ist.

Zu einem späteren Zeitpunkt kann das Holz wiederum genutzt werden und andere Materialien ersetzen. In der vergangenen Zeit sind in der Schweiz jährlich rund 6 600 Hektaren Waldfläche neu eingewachsen. Theoretisch könnten rund 260 000 Hektaren brachliegende Landwirtschaftsfläche aufgeforstet und damit zu CO2-Senken werden. Damit liessen sich allein im Holz in den kommenden 60 Jahren je 0,2 Millionen Tonnen Kohlenstoff fixieren, was einer Menge von 0,75 Millionen Tonnen CO2 entspricht. Ob eine solche Vergrösserung der Waldfläche aus anderer Optik (z.B. Landschaft) erwünscht ist, bleibe im Moment dahingestellt.

3. Eine weitere, international diskutierte Strategie besteht darin, die Durchschnittsvorräte im Wald zu erhöhen. Dies kann durch Nutzungsverzicht während einiger Jahre erreicht werden. Da die Holzvorräte im Schweizer Wald im internationalen Vergleich eine Spitzenposition einnehmen und sich zudem nicht beliebig erhöhen las-

9

sen, erscheint ein derartiges Vorgehen für unser Land nicht als sinnvoll.

4. Die entsprechende CO2-Senke kann ferner durch den vermehrten Gebrauch langlebiger Holzprodukte vergrössert werden. In bedeutendem Masse könnten dazu grössere Marktanteile im Bauwesen, aber auch bei Möbeln und Verpackungen beitragen.

Holzprodukte verlangen vergleichsweise einen kleineren Energieeinsatz für Rohstoffgewinnung, Produktion und Gebrauch.

Durch den vermehrten Holzeinsatz könnte somit weitere «Produktionsenergie» eingespart werden.

4 4.1

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Die hier vorgestellten Massnahmen sind im weltweiten Einsatz ebenso gültig wie für die Schweiz. Namentlich in den Entwicklungsländern spielt Holzenergie nach wie vor eine bedeutende Rolle. Weltweit liessen sich wohl gegen eine Milliarde Hektaren Brachflächen aufforsten. Viele Wälder dieser Erde weisen sehr tiefe Vorräte auf, die sich erhöhen liessen. Nutzungsverzichte dürften aber in den Entwicklungsländern schwierig durchzusetzen sein.

Zusammenfassend kann festgehalten werden: Mit Holz kann ein wesentlicher Beitrag zur Lösung der CO--Problematik geleistet werden. Mit Holz allein lässt sich das Problem hingegen nicht lösen.

Vergleichende Ökobilanzen von Holzprodukten

Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten

Die folgenden Ausführungen basieren auf der SIA-Dokumentation D0123 «Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten», verfasst von lntep AG und Peter Steiger, Zürich.

Rund 20 Millionen Tonnen Material werden in der Schweiz pro Jahr allein im Hochbau eingesetzt. Diese Mengen machen einen namhaften Teil der zivilisatorischen Stoffflüsse aus. Mit der Wahl der Baukonstruktion werden nicht nur Funktionstauglichkeit, Dauerhaftigkeit und Erscheinungsbild des Gebäudes geprägt, sondern auch der Ressourcenverbrauch und die Umweltbelastung festgelegt. Zur ökologischen Optimierung fehlte bis heute fundiertes Datenmaterial weitgehend. Die neue SIA-Dokumentation will den Schritt von der (Ökobilanz-) Wissenschaft zur Baupraxis vollziehen. Neben den Ökobilanz-Daten finden auch ökologisch relevante baupraktische Erfahrungen Eingang in den Beurteilungsraster.

4.1.1 Ziele Die Dokumentation bietet ein Instrument für die Auswahl und Optimierung von Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten. Ziel ist es, die Baukonstruktionen als Ganzes zu beurteilen, damit aus der Vielfalt der Möglichkeiten diejenigen mit möglichst geringen Umweltbelastungen ausgewählt werden können. Der Auswahl der Baukonstruktionen in einer frühen Projektphase kommt ökologisch eine sehr grosse Bedeutung zu.

Aus den Bereichen Fundation/Kellerböden, Böden gegen unbeheizt, Decken/Böden, Flachdächer, Steildächer, Aussenwände unter Terrain, Aussenwände über Terrain, Innenwände und Trennwände werden 65 Konstruktionen gegenübergestellt, ein repräsentativer Querschnitt aus dem aktuellen Geschosswohnungsbau. Sie stammen grösstenteils aus ökologisch und gestalterisch fortschrittlichen Wohnbauten und erfüllen die heutigen technischen Anforderungen bezüglich Schall, Wärme und Bautechnik in vergleichbarer Weise.

4.1.2 Randbedingungen und Systemgrenzen Das Schema für die ökologische Beurteilung von Hochbaukonstruktionen umfasst die zwei Komponenten «Index» und «Profil», aus denen die Gesamtbeurteilung abgeleitet wird. Der Begriff Index wird für die quantitative, wissenschaftliche Beurteilungsebene verwendet. Das Profil steht für die qualitative, eher baupraktisch ausgerichtete Komponente. Für die Okobilanzmethode, die Nutzungszeiten und Baustoffdaten werden auf anerkannte wissenschaftliche Grundlagen und bestehende Instrumente aus der Baupraxis zurückgegriffen.

Die ökologische Beurteilung umfasst alle Lebensphasen des Gebäudes und der Baukonstruktionen. Die Herstellung der Baustoffe wird im Index quantifiziert, die übrigen Lebensphasen (Bauphase, Nutzung des Gebäudes, Rückbau und Entsorgung) werden durch Profilkriterien qualitativ berücksichtigt. Der Index gibt den Treibhauseffekt in CO2-Äquivalent und die Versäuerung in SO2Äquivalent an. Als Zusatzinformation wird

10

der Primärenergie-Inhalt angegeben. Diese Daten basieren auf Ökoinventaren, welche gemäss den methodischen Grundsätzen der «Ökoinventare für Energiesysteme» erhoben worden sind. Im Unterschied zu bauphysikalischen Kenngrössen können die hier publizierten Daten je nach Produktionsstandort, Firma und Distanz erheblich variieren. Die Autoren geben eine Streuung von ±30 Prozent an. Die Datenqualität ist im übrigen nicht bei allen Baustoffen gleich gut, die Grössenordnungen dürften indessen stimmen.

Der Zeitfaktor spielt für die Einschätzung der Umwelteinflüsse durch Bau- und Entsor-

Tabelle 6

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gungsprozesse eine erhebliche Rolle. Je länger die Nutzungsdauer, desto günstiger fällt die ökologische Rückzahldauer aus. Die Nutzungszeit der einzelnen Schichten wird gemäss den Grundlagen des Amtes für Bundesbauten berücksichtigt. Für Gebäude und deren Tragstruktur wird die Nutzungszeit auf 80 Jahre erstreckt. Um einen Vergleich zwischen den Konstruktionen mit teilweise unterschiedlicher Lebensdauer ihrer Schichten sowie Vergleiche mit der anderweitig zu ermittelnden Nutzungsenergie zu ermöglichen, werden die Umwelteinflüsse der entsprechenden Konstruktion pro Quadratmeter und pro Nutzungsjahr angegeben.

Decken/Böden

- tfee

-.1111111111

Holzbalkendecke mit Zementplattenbeschwerung, GlaswollTSD und Holzboden E0.12

Betondecke, GlaswollTSD, Zementunterlagsboden E0.09

1111111111111411.

Holzbalken-Betonverbunddecke, Steinwol l-TSD, An hydritunterlagsboden E0.13

gCO3äquirn'

g SO,äquirn'

1800

7

1600

6

T5u6

Holz-Kastenelemente, Holzfaser-TSD, Holzfaserplatten E0.14

6,26

1400 5

1200

4,86 4

1000

4,61 - 3,78

900

81-6-7

53

821

3

600 2 400 200 0

0 Beton E0.09

Holzbalken E0.12

Holz- Beton E0.13

Beton E0.09

Holz-Kasten E0.14

Holzbalken E0.12

Holz /Beton E0.13

Holz Kasten E0.14

Versäuerung pro Jahr

Treibhauspotential pro Jahr

Wirrt'

num'

2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

1250

500

721

651 1490

Heizwert Nicht erneuerbare Energie Erneuerbare Energie

. 553 1

P24

500 388 27+0

0 Belol E0.09

Holzbalken 50.12

Holz-/Beton E0.13

1-14-7

Holz Kasten E0.14

Inhalt an nicht erneuerbarer Energie

Beton E0.09

255 111 Holzbalken E0.12

Holz-/Beton E0.13

Inhalt an erneuerbarer Energie und Heizwert der Konstruktion

Holz Kasten E0.14

11

Im Profil wird eine qualitative Beurteilung der Konstruktion für die weiteren Lebensphasen vorgenommen. Zudem erfolgt eine grobe Wertung bezüglich Arbeitshygiene und Raumluftqualität. Dazu wird auf die Baustoffinformation des SIA-Deklarationsrasters D093 Bezug genommen.

4.1.3 Ergebnisse Aus vier Bauteilkategorien werden hier die Ergebnisse von typischen Konstruktionen, davon mindestens eine in Holz, wiedergegeben. Es wurden jene Bauteilkategorien weggelassen, in denen Holz heute keine Rolle spielt (Fundationen, Böden gegen unbeheizt,

Tabelle 7

Lignatec 1/96

Aussenwände unter Terrain) oder ausgesprochen dominant ist, wie beim Steildach.

Zur Darstellung gelangen Ergebnisse des Indexes, dagegen entfallen die qualitativen Erörterungen aus dem Profil. Die Studie hat in ihrem Indexteil ausschliesslich die Rohstoffgewinnung und Herstellung «bis zum Fabriktor» bezüglich Treibhauseffekt und Versäuerung bilanziert. Erneuerbare/nicht erneuerbare Energie sind als Zusatzinformation aufgeführt. Weitere Wirkungsparameter werden nicht untersucht. Ebenso fehlt eine Bilanzierung des Transportes auf die Baustelle, der Aufbau des Gebäudes sowie der spätere Rückbau und die Entsorgung.

Flachdächer

Betondecke mit Umkehrdach aus extrudierten Polystyrolschaumplatten E1.15

Betondecke mit Steinwolle und Bitumen-DB, bekiest

Holzbalkendecke mit Glaswolle und BitumenDB, Extensivbegrünung

Holzbalkendecke mit Steinwolle und PVCDB, Extensivbegrünung

E1.18

E1.21

E1.23

g CO,äquirn'

g SO,äguirn'

2500

10 9,73

9 2171

2000

8 7

1500

1266 1000

6,86

— 8,61

6

9-540

5

1-05 3

500

2 1

0

0 Beton E1.15

Beton bekiest Holzbalken E1.18 E1.21

Holzbalken 61.23

Beton E1.15

Treibhauspotential pro Jahr

Versäuerung pro Jahr

MJ/m'

MJ/m' 1600

1600 1400

1540

1400

— 1 61

1200

1200

1000

1000 982 7•31

600

600

400

400

200

200

0

0

38'

Nicht erneuerbare Energie Erneuerbare Energie

Beton E1.15

Beton bekiest Holzbalken E1.18 E1.21

Holzbalken E1.23

Inhalt an nicht erneuerbarer Energie

582

540

800

BOO

Heizwert

Holzbalken 61.23

Beton bekiest Holzbalken E1.18 E1.21

25

37

Beton E1.15

Beton bekiest Holzbalken E1.21 E1.18

38'

Inhalt an erneuerbarer Energie und Heizwert der Konstruktion

Holzbalken E1.23

12

In diesen nicht berücksichtigten Bereichen dürften die Holzkonstruktionen aufgrund ihres geringen Eigengewichtes und ihres realisierbaren Energieinhaltes besonders gut abschneiden. Dies ist bei der Wertung der Ergebnisse zu berücksichtigen. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass der Heizwert des Holzes im Anteil «erneuerbarer Primärenergie-Inhalt» mit rund 20 MJ/kg berücksichtigt ist. Damit steckt in jeder Holzkonstruktion ein beträchtlicher Anteil Primärenergie, die bei der energetischen Verwertung nach dem Rückbau wieder genutzt werden kann.

Lignatec 1/96

4.1.4 Folgerungen Die vorliegende Studie stellt einen wichtigen Ansatz zur Systematisierung der ökologischen Bewertung von Baukonstruktionen dar. Positiv ist zu bewerten, dass hier die Möglichkeit geschaffen wurde, Baukonstruktionen gleicher Funktion und ähnlichen Gebrauchswertes miteinander zu vergleichen. In zweierlei Hinsicht wäre die Erweiterung des Ansatzes erwünscht: • Die Berücksichtigung der weiteren Arbeitsgattungen (Ausbau, Haustechnik).

Tabelle 8

Aussenwände über Terrain

1 Backstein mit SteinwollAussendämmung.

Faserzementschindeln

Kalksandstein, Sichtmauerwerk zweischalig mit Steinwolle

Porenbetonstein verputzt

Holzständer mit Glaswoll-Aussendämmung, Holzverkleidung

E4.38

E4.40

E4.46

E4.47

g CO,äqu/m.

7 -71

47 1

6

1200 1000

Holzständer mit Cellulosefaser-Dämmung, Faserzementplatten grossformatig E4.48

g SO,ä0u/m'

1600 1400

1

6.29

5

-e

4

77-7 940

800

.=».: 710

600 574

3 2,89

— 1,18

--3,10

PorenbetonStein E4.46

Holz ständer E4.47

3,46

2

400 rjrv 200 0

0 Backstein KalkE4.38 sandstein E4.40

Porenbetonstein E4.46

Holz ständer E4.47

Holzständer E4.48

Backstein KalkE4.38 sandstein E4.40

Treibhauspotential pro Jahr

Versäuerung pro Jahr

MJ/rre

MJ/m'

1400

1400

1200

1200

Holzständer E4.48

810

1000

1000 967

800

800

— 858

—741 600

600 595

- 493

400

7-7515

533 400 200

200

.4‘1 0

0

3

Heizwert

Ei

Nicht erneuerbare Energie Erneuerbare Energie

Backstein E4.38

Kalksandstein E4.40

PorenHolz beton-ständer stein E4.47 E4.46

Inhalt an nicht erneuerbarer Energie

Holzständer E4.48

134

o

2

c,

JA_o

161

Backstein KalkPorenHolz Holzständer E4.38 sand- beton- ständer E4.48 stein E4.47 stein E4.40 E4.46

Inhalt an erneuerbarer Energie und Heizwert der Konstruktion

13

• Die ökologische Quantifizierung des gesamten Lebenszyklus, also nicht nur bis zur Auslieferung der Produktion «ab Fabrik».

Die Studie enthält über die hier gezeigten Fakten hinaus eine ganze Reihe weiterer ökologischer Informationen, welche für eine Bewertung von Interesse sind. Durch den modularen Aufbau und die weitgehende Transparenz der Berechnungen ist es jederzeit möglich, die getroffenen Wertungen nachzuvollziehen. Wo ökologische Baustoffdaten ändern, kann die Auswirkung auf die Ergebnisse jederzeit beurteilt werden. Für neue, nicht berücksichtigte Konstruktionen

Lignatec 1/96

ist es möglich, entsprechende Rechnungen und Bewertungen vorzunehmen, soweit nicht Materialien verwendet werden, welche die Studie nicht berücksichtigt.

Es ist festzuhalen, dass die Holzkonstruktionen insgesamt positiv abschneiden. Unter Einbezug der weiteren Stationen «ab Fabrik», also des Transportes zur Baustelle, der Bauphase, der Nutzung sowie von Rückbau und Entsorgung dürfte Holz seine Position gegenüber den anderen Konstruktionen noch einmal verbessern.

Tabelle 9

Trennwände

1

Vollgipsplatten

Holzständerwand mit Steinwolle, Gipskartonbeplankung

M1.60

M1.61

1

Metallständerwand mit Glaswolle, Gipskartonbeplankung

Metallständerwand mit Steinwolle, Beplankung Vollgipsplatten

Trennwand nichttragend Backstein verputzt

M1.62

M1.63

M1.65

gCO3äquirre

g SO,äqu/m'

900

4.5 7777 . 872 4),a'

800

600

4.0 3,84

3.5

700 :777 694

653 7777 .

=3,30

3.0

631

2.5

500 487

2.0

400 • e Ä-

•-•

300 200

1.5 1.0

-F •

0.5

100

0.0

0 Vollgips- Holzplatte ständer M1.60 M1.61

Meta 1ständer M1.62

Meta 1ständer M1.63

Versäuerung pro Jahr

MJ/m'

MJ/m'

400

4

400 392 350 300

300 250

250

?T9 lad

200

200

150

150

100

100

50

50

0

Nicht erneuerbare Energie

1111 Erneuerbare Energie

MetallMetallBackstein ständer ständer M1.65 M1.62 M1.63

450 422

350

Heizwert

Holz ständer M1.61

Treibhauspotential pro Jahr

450

n

Vollgipsplatte M1.60

Backstein M1.65

114

10

0 7 0 Metall- MetallVollgips- Holz ständer ständer ständer platte M1.60 M1.61 M1.62 M1.63

Inhalt an nicht erneuerbarer Energie

Backstein M1.65

Vollglpsplatte M1.60

Holzständer M1.61

Metallständer M1.62

10 n

9

Metallständer M1.63

Backstein M1.85

Inhalt an erneuerbarer Energie und Heizwert der Konstruktion

0

14

4.2 Zur Energiebuchhaltung von Gebäuden Die Herstellungsenergie Die folgenden Ausführungen basieren auf einer Arbeit im Rahmen des Programmes D1ANE-Ökobau, sowie auf der SIA-Dokumentation D 0122 «Ökologische Aspekte des Bauens». Als Grundlage für diese Arbeiten diente die Schrift «Graue Energie von Baustoffen».

Die Herstellungsenergie von einzelnen Bauteilen oder ganzen Gebäuden ist bis heute wenig beachtet worden. Sie wurde angesichts der grossen Heizenergiemenge, welche während der gesamten Nutzungsdauer des Gebäudes nötig ist, als vernachlässigbar angesehen. Die Bemühungen um Niedrigenergie- oder gar Nullenergie-Häuser haben hier neue Verhältnisse geschaffen. Ist für den Betrieb eines Gebäudes nur noch wenig oder gar keine Energie mehr nötig, wird die Herstellungsenergie sehr wohl wieder eine relevante Grösse. Darüber sind bis heute indessen kaum Daten verfügbar. Dies ist der Ansatzpunkt der im Rahmen des Programmes DIANE-Ökobau sowie in Anschlussstudien durchgeführten Untersuchungen. Sie sind bis heute nicht in umfassender Form publiziert worden.

4.2.1 Ziele Die Studie wollte Klarheit schaffen über die für die Herstellung von Gebäuden notwendige Energiemenge und diese mit der Heizenergiemenge in Beziehung bringen. Deshalb wurde der Heizenergiebedarf eines aus energetischer Sicht üblichen Wohngebäudes (Sagi-Hegi), eines Niedrigenergiehauses (Niederholzboden) und eines solarpassiven Nullenergiebaus (Trin) den Herstellungsenergien für die Baumaterialien gegenübergestellt. Nach der gleichen Methodik wurde später die Herstellungsenergie für ein Mehrfamilienhaus in Holzbauweise (Winikon) errechnet. Zum letzten Objekt liegen bis dato keine gesicherten Daten zur Heizenergie vor.

4.2.2 Randbedingungen und Systemgrenzen Anhand der Baupläne und Ausschreibungsunterlagen der einzelnen Objekte wurden für die verwendeten Materialien Volumen und Massen berechnet. Diese wurden mit materialspezifischen Herstellungsenergien bewertet und auf die gesamte Bausubstanz hochgerechnet. Mit Hilfe von Angaben über die typische Lebensdauer der einzelnen Bauelemente konnte die Herstellungsenergie auf Nutzungsjahre umgelegt werden. Die längsten Abschreibungszeiten betragen zum Bei-

Lignatec 1/96

spiel für die Primärkonstruktion 50 Jahre. Als Bezugsgrösse wurde der jährliche Aufwand pro Quadratmeter Energiebezugsfläche (EBF) gewählt.

Es ist klar festzuhalten, dass hier das Prinzip der gleichen Funktion der Gebäude nicht berücksichtigt worden ist. Dazu hätten Objekte ähnlicher Nutzungsmöglichkeiten verglichen oder ein Gebäude in verschiedenen Konstruktionsweisen und Materialien durchgerechnet werden müssen. Dies ist im Hinblick auf die Interpretation der Ergebnisse zu berücksichtigen. In der Folge wird deshalb auf die Darstellung der Heizenergie verzichtet.

Für die Herstellungsenergien der Baustoffe wurden bestmögliche und mehr oder weniger vergleichbare Primärenergiewerte aus verschiedenen Studien verwendet. Sie umfassen in der Regel alle Herstellungs- und Transportprozesse vom Rohstoffabbau bis zur Auslieferung der Bauprodukte ab Fabrik. Der Transport zum Bauplatz, die Verarbeitung auf der Baustelle und der spätere Rückbau sind in den Berechnungen nicht eingeschlossen.

Mangels Daten wurden auch die Herstellungsenergien für Materialien der Haustechnik nicht berücksichtigt. Diese dürften nach Angaben der Autoren schätzungsweise zusätzliche 20% bis 50% der hier ausgewiesenen Herstellungsenergie ausmachen.

Es handelt sich bei dieser Studie mithin nicht um eine «Lebenszyklusanalyse» im oben beschriebenen Sinne. Wichtige für das Holz günstige Phasen wie die eigentliche Erstellung des Gebäudes auf der Baustelle, der Rückbau und die Entsorgung sind weggelassen. Damit findet etwa auch der Energieinhalt von Holz und Holzwerkstoffen keine Berücksichtigung. Holz dürfte hier somit wesentlich schlechter abschneiden, als dies bei einer vollständigen Analyse der Fall wäre. Dies ist bei der Interpretation der Resultate zu berücksichtigen.

15

Lignatec 1/96

4.2.3 Beschreibung der Objekte Niederholzboden

Unterkellerte zweigeschossige Siedlung ausgeführt als Niedrigenergiebau in ökologischer Bauweise. Einfacher, gerader Baukörper, Kaltdach und ungeheizter Keller dienen als Wärmepuffer. Kontrollierte mechanische Lüftung mit Abluftwärmerückgewinnung.

Standort: Riehen Planung und Realisierung: Metron Architekturbüro Heizenergiebedarf: 80 MJ/m2 Jahr

- -eg Abbildung 1

Sagi-Hegi

Unterkellerte, viereinhalbgeschossige und preisgünstige Wohnüberbauung. Zweischalen-Mauerwerk mit Kalksandstein-Sichtfassade. Heizenergiebedarf entsprechend dem SIA-Grenzwert.

Standort: Winterthur-Hegi Planung und Realisierung: Architekt Fritz Schmoker Heizenergiebedarf: ca. 300 MJ/m2 Jahr

--Abbildung 2

Trin

Zweigeschossiges Einfamilienhaus, ausgeführt als solarpassiver Null-Heizenergiebau in ökologischer Bauweise. Absolute Minimierung von Wärmebrücken, Bereitstellung grosser Wärmespeichermassen; grosse, raumhohe Fensterflächen nach Süden ausgerichtet.

Standort: Trin Planung und Realisierung: Architekt Andrea Rüedi Heizenergiebedarf: 0 MJ/m2 Jahr

Abbildung 3

Winikon

Mehrfamilienhaus mit massivem Kellergeschoss und Treppenhaus, drei Wohngeschossen und einem noch nicht ausgebauten Dachgeschoss in Holzleichtbauweise.

Standort: Winikon LU Planung und Realisierung: Architekten Lengacher und Emmenegger Heizenergiebedarf: Nicht genau bekannt, geschätzt auf 200 MJ/m2 a • Abbildung 4

16

Lignatec 1/96

Tabelle 10 Massen der einzelnen Baustoffgruppen kg/m' EBF 1800

.

1600

0.,i.......

Tabelle 11 Herstellungsenergie nach Materialen MUMM

MJ/m' EBF

1400

3500

1200

3000

1000

2500

800

2000 •

600

1500

400

1000

200

500 E

0

0 Niederholzboden

Sagt-Hegi

Trin

Niederholzboden

Winikon

Sagi-Hegi

Trin

Winikon

Verschiedenes

3 50

0

1

2

❑

264

28

81

81

Fenster/Türen

■

8

5

9

7

■

206

292

405

286

■

1

0

3

■

53

33

0

48

6

38

111

62

18

122

■

Anstriche

53

Gipswerkstoffe Dämmstoffe

■

Holzmaterialien Mineralische Massivstoffe

3

149

132

293

396

46

155

84

431

302

750

3 2156

1981

1427

1133

14

7

36

11

28

15

67

1622

1474

1478

4.2.4 Ergebnisse Massen der einzelnen Baustoffgruppen

Herstellungsenergie nach Materialien

Neben den mineralischen Massivbaustoffen der Primärkonstruktion spielen die restlichen Werkstoffe bezüglich der Massen nur eine untergeordnete Rolle. Dies trifft sogar für das Mehrfamilienhaus in Winikon zu, das weitgehend in Holzbauweise erstellt wurde. Trotz der grossen Speichermassen des Objektes Trin liegt die verbaute Masse pro Quadratmeter Energiebezugsfläche in derselben Grössenordnung der massiv gebauten Objekte Sagi-Hegi und Niederholzboden.

Dies ist auf den fehlenden Keller einerseits, sowie auf den grossen Anteil von Holzkonstruktionen zurückzuführen.

Die mineralischen Massivbaustoffe beeinflussen wegen ihres hohen prozentualen Anteiles an der Gesamtbaumasse die Herstellungsenergiewerte am meisten. Während die Gebäude Sagi-Hegi, Niederholzboden und Trin etwa die selbe Konstellation zeigen, zeigt das Gebäude Winikon zwar immer noch die günstigsten Werte, liegt aber jetzt relativ nahe bei den übrigen Gebäuden.

Nach Aussage der Projektverfasser erweist sich der komplizierte Schichtaufbau beim Holzbau als energieaufwendig.

17

Lignatec 1/96

Vergleich Herstellungsenergie/ Heizenergie Tabelle 12

Herstellungsenergie pro Nutzungsjahr MJ/m' EBF 80

Während die Herstellungsenergien der betrachteten Gebäude ähnliche Grössenordnungen aufweisen, schwanken die Heizenergiewerte stark. Die Gebäude wurden nicht mit denselben energetischen Zielsetzungen konzipiert. Deshalb ist hier ein Vergleich von Herstellungs- und Heizenergie nicht sinnvoll.

Ohne spezielle Massnahmen zur Reduzierung der Heizenergie kann diese leicht ein Mehrfaches der Herstellungsenergie erreichen. Umgekehrt erlauben geeignete Energiekonzepte die Absenkung der Nutzungsenergie auf das Ausmass der Herstellungsenergie oder sogar darunter.

4.2.5 Folgerungen Niederholzboden

Segi-Hegt

10.15

0.64

3.26

1.83

■

8.01

11.29

15.52

10.67

■

8.19

5.77

0

5.9

■

1.58

0

0.44

3.36

3.66

3

6.32

8.03

1.99

9.68

6.4

40.06

28.55

22.81

❑

II 4.18

ri

43.3

Trin

Winikon

Herstellungsenergie pro Nutzungsjahr Auch hier beeinflussen die mineralischen Massivbaustoffe aufgrund des hohen Massenanteiles das Ergebnis relativ stark. Fenster und Türen sowie die Anstriche fallen aufgrund ihrer verhältnismässig kurzen Lebensdauer stark ins Gewicht. Der hohe Anteil Wärmedämmstoffe beeinflusst das Ergebnis der Objekte Trin und Winikon erkennbar. Von Bedeutung ist im Gebäude Niederholzboden der hohe Anteil Verschiedenes, der von einer erhöhten Verwendung von Folien und Matten herrührt.

Mit neuzeitlichen Energiekonzepten kann der Heizenergiebedarf von Gebäuden stark reduziert werden. Damit wird es interessant und sinnvoll, auch der Herstellungsenergie des Gebäudes vermehrt Beachtung zu schenken. Auch im Falle des solarpassiven Nullenergiehauses Trin ist das Verhältnis zwischen Mehraufwand an Herstellungsenergie für die Speichermassen zur eingesparten Heizenergie äusserst günstig. Eine einfache Bauweise in Holzkonstruktion mit wenig oder ohne Anstrichstoffen und ohne stark veredelte Materialien wirkt sich zusätzlich positiv auf die Gesamtenergiebilanz aus.

Folgestudien werden aufzuzeigen haben, wie sich die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus auf die Resultate auswirkt. Für das Holz und die Holzwerkstoffe ist namentlich von Bedeutung, dass sich ein leichtes Produkt mit wenig Energieaufwand auf die Baustelle transportieren lässt. Ebenso dürfte sich der Rückbau und dank seinem grossen Energieinhalt auch die energetische Endnutzung anstelle einer eigentlichen Entsorgung positiv auf die Energiebilanz von Holzbauten auswirken. Mit der Energie wurde hier ein zweifellos wichtiger Aspekt, aber eben nur einer, aus den vielen ökologischen Beurteilungsgrössen herausgegriffen.

18

4.3

Leitungsmasten

Die folgenden Ausführungen basieren auf der EMPA-Studie «Ökologischer Vergleich von Freileitungsmasten aus imprägniertem Holz, armiertem Beton und korrosionsgeschütztem Stahl».

Druckimprägnierte Holzprodukte sind in den vergangenen Jahren aufgrund ihres Schutzes mit Imprägniersalzen häufig als unökologisch dargestellt worden. Die hier wiedergegebene Studie ist vor allem deshalb von Interesse, weil sie eine Gesamtbetrachtung und -bewertung und einen Vergleich mit gleich beanspruchten Substitutionsprodukten vornimmt. Das Resultat ist über das eng umgrenzte Gebiet der Leitungsmasten hinaus für Aussenanwendungen von Holz bedeutungsvoll.

4.3.1 Ziele Die Studie wurde 1994 mit dem Ziel erarbeitet, Grundlagen für die ökologische Bewertung von Leitungsmasten aus verschiedenen Materialien zu schaffen. Die Ergebnisse sollten ermöglichen: • durch gezielte Massnahmen ökologische Schwachstellen zu eliminieren • den Verwendern die Materialvariante mit geringster Umweltbelastung aufzuzeigen • in der Öffentlichkeit bisher gemachte Aussagen zu Teilaspekten zu überprüfen und in einen Gesamtzusammenhang zu stellen. Es interessierte insbesondere die Bedeutung der Druckimprägnierung im Rahmen des gesamten Lebenszyklus im Vergleich mit gleichermassen beanspruchten Substitutionsprodukten.

Tabelle 13

Lignatec 1/96

Die Studie stellt eine Lebenszyklusanalyse dar, welche die heute anerkannten Regeln mit allen wichtigen Teilschritten berücksichtigt. Erfasst werden die wesentlichen durch Freileitungsmasten und Modellstrecken ausgelösten Stoff- und Energieflüsse bei Rohstoffgewinnung und -bereitstellung, der Mastenherstellung, sämtlicher Transporte, des Leitungsbaues, der Nachpflege und Entsorgung, einschliesslich der verwendeten Hilfs- und Zusatzstoffe. Aufgrund des so erstellten Okoinventares werden die Umweltauswirkungen anhand ausgewählter Bewertungsgrössen abgeschätzt und quantifiziert.

An den Modellstrecken wurde ferner eine Wirtschaftlichkeitsrechnung durchgeführt.

Technische, wirtschaftliche und ästhetische Aspekte wurden nicht explizit behandelt.

Auch weitere Entscheidungsgrössen, wie etwa die Flexibilität eines Streckenumbaues, waren nicht Gegenstand der Untersuchung.

Nicht analysiert wurden ferner die ökologischen Auswirkungen des Freileitungsbaues gegenüber einer Erdverkabelung.

4.3.2 Modellstrecken Im Rahmen von Lebenszyklusbetrachtungen sollen Produkte und Prozesse mit gleicher Funktion einander gegenübergestellt werden. Die in der Studie einbezogenen Bautypen unterscheiden sich in ihrer Tragfähigkeit und den Spitzenzügen. Diese äussern sich in der Praxis in einer unterschiedlichen Anzahl Masten pro Streckenlänge und Tragwerksvarianten. Als Bezugsgrösse konnten deshalb nicht Einzeltragwerke herangezogen werden, sondern Abschnitte je einer 20-kV-Weit-

0,4-kV-Regelleitung Loveresse der BKW Energie AG (BI(W) Loveresse ist ein Dorf im Berner Jura mit rund 400 Einwohnern. Die gewählte, ein Kilometer lange Modellstrecke versorgt etwa 80% des Dorfes. Die Hausanschlussleitungen sind in den Berechnungen ausgeschlossen.

Die Bemessungen des bestehenden Netzes Loveresse mit Holztragwerken und die berechneten Bemessungsdaten für die Ausführung der Strecke in den Materialien Beton und Stahlrohr sind in untenstehender Tabelle zusammengefasst. Die Tragwerk-

anzahl ist bei allen Varianten dieselbe, weil die Spannweiten auch bei Einsatz von Beton- oder Stahlmasten infolge der örtlich vorgegebenen Verhältnisse nicht ausgedehnt werden konnten. Grössere Spannweiten würden die Resultate für Beton und Stahl im vorliegenden Modell nur unwesentlich verbessern. Die Winkel- und Endmasten dieser beiden Leitungstypen benötigen ihrerseits ein Betonfundament, dafür fallen sämtliche Verstrebungs- bzw. Verankerungsmaterialien weg.

Bemessungsdaten einer 0,4 kV-Regelleitung, von 1 km Länge Mastenmaterial

Anz. Pfosten in der Leitung

Mastengewicht total in kg

Betonfundament i n m3

28 300

30

Schleuderbeton

31

Rundholz CFK

38, davon 16 Einzelmaste, 7 mit Holzstrebe, 8 mit Stahlanker

8 000

nicht erforderlich

Stahlrohr

31

5 400

52

19

spannleitung und einer 0,4-kV-Regelleitung.

Nicht untersucht wurden HochspannungsRegelleitungen und Telefonleitungen.

Bei beiden Modelleitungen sind vorwiegend Holztragwerke eingebaut. Um die Vergleiche zu Strecken mit Beton- und Stahlmasten zu ermöglichen, wurden für dieselben Strecken entsprechende Projekte (Bemessungen), mit den üblichen Materialauszügen und Kostenberechnungen erstellt. Im Mittelspannungsbereich konnte dabei auf fundierte Erfahrungswerte zurückgegriffen werden, solche fehlten hingegen im Niederspannungsbereich weitgehend. Im folgenden werden nur die Resultate der Einzelmasten sowie der Niederspannungsleitung wiedergegeben.

4.3.3 Randbedingungen und Systemgrenzen Die Studie vergleicht Tragwerke aus Rundholz, aus armiertem Beton und korrosionsgeschütztem Stahlrohr. Die Rundholzmasten sind zur Sicherstellung der Witterungsbeständigkeit mit Imprägniersalz aus Chrom, Fluor und Kupfer behandelt worden, sogenannten CFK-Salzen.

Sämtliche mit der Bereitstellung der Tragwerke verbundenen Stoff- und Energieflüsse und der durch sie ausgelösten Emissionen werden ermittelt. Die Aufwendungen für die Bereitstellung von Infrastruktur, Maschinen und Gebäuden sind nicht einbezogen. Die Rohstoff- und Ressourcengewinnung wird entsprechend der Herkunft der Materialien bewertet. Für die Mastenherstellung werden die Verhältnisse der wichtigsten Schweizer Produzenten erfasst, die eine gute bis fortschrittliche Umwelttechnologie aufweisen.

Die Bemessung der Masten, die Einbau-, Nachpflege- sowie Entsorgungs- und Deponievorschriften beruhen auf nationalen Vorschriften.

Die Einwirkung der Bereitstellung der Elektrizität wurde anhand des europäischen Strommodelles UCPTE berechnet. Berechnungen nach dem Schweizer Strom-Mix ergaben — wiewohl ökologisch bedeutend günstiger — keine relativen Unterschiede, so dass hier nur die UCPTE-Daten wiedergegeben werden. Alle Berechnungen sind auf eine sechzigjährige Nutzungsdauer der Masten bezogen. Weil Holzmasten eine statistische Lebensdauer von ca. 30 Jahren aufweisen, ist bei allen Holztragwerken eine einmalige Auswechslung berücksichtigt.

Bezüglich Verwertung liegen der Studie die folgenden Annahmen zugrunde:

Lignatec 1/96

• Die Holzmasten werden zu 90% in einer Kehrichtverbrennungsanlage mit effizienter Rauchgasreinigung verbrannt. Der Energierückfluss wird gutgeschrieben.

Aschen und Filterstäube werden in Sondermülldeponien endgelagert. 10% der Masten werden als Zaunmaterial etc. weiterverwendet, also im Boden eingebaut.

Die Anteile an Holzschutzmittel sind als Bodenbelastung bewertet.

• Die Betonmasten werden zu 80% als Befestigungsmittel im Tief-, Strassen-, Landschafts- oder Wasserbau eingesetzt. Hier wurden keine weiteren Umwelteinwirkungen berücksichtigt. 20% gehen in eine Inertstoff-Deponie.

• Bei den Stahlrohrmasten werden 100% des Stahls recycliert; nur Transporte zum Altstoffhändler wurden berücksichtigt.

4.3.4 Ergebnisse Einzelmasten: Die jeweils 11 Meter langen Tragmasten der 0,4-kV-Regelleitung von Loveresse mit einer Spannweite von 35 Metern unterscheiden sich hinsichtlich ihres Gewichtes und in der Fundation. Die Betonmasten wiegen mit ca. 650 kg mehr als das Vierfache der Holzmasten und Stahlrohrmasten. Während Holz und Beton in dieser spezifischen Anwendung ohne Fundament auskommen, müssen die Stahlrohrmasten in ein Betonfundament von 1,6 m3 gesetzt werden. Ausgehend von diesen Bemessungen ergeben sich die in den Abbildungen (Seiten 20/21) dargestellten Unterschiede in den Umweltwirkungen.

Die Profilanalyse zeigt für keinen Mastentyp Vor- oder Nachteile in allen betrachteten Umwelteffekten. Dennoch sind deutliche Unterschiede auszumachen. Stahl hat in acht von neun Evaluationsgrössen die höchsten Beurteilungen, hauptsächlich verursacht durch die Einwirkungen bei der Primärstahlproduktion und der Bereitstellung der Energieträger. Mit Ausnahme des Summenparameters Abfall und des Wirkungspotentiales Ökotoxikologie betragen die Unterschiede von Stahl zu Holz, bzw. Beton jeweils mehr als 70 %. Die Tragwerke aus Rundholz benötigen etwas mehr Gesamtenergie als die Betonmasten, jedoch ist nur ein geringer Anteil dieser Energie auf fossilen Energieträgern basiert. Daher tragen Holzmasten auch deutlich weniger zum Treibhauseffekt bei als die Masten aus Stahl und Beton. Das Potential für Ökotoxizität ist hei Holzmasten im Vergleich zum Beton hoch, als Konsequenz der

20

Holzschutzmittelauslaugung über die Lebensdauer von zwei Mal dreissig Jahren. Vom stehenden Betonmasten gehen keine Umwelteinwirkungen an die Umgebung aus, jedoch verursachen sie nach dem Ausbau den höchsten Anteil an festen Abfällen aufgrund fehlender geeigneter Recyclingverfahren.

Lignatec 1/96

Tabelle 14 0,4-kV Einzelmasten

GJ

Die Analyse von Masten mit höheren Spitzenzügen, also Winkelmaste und Endmaste, bestätigt die aufgezeigten ablesbaren Tendenzen. Es zeigt sich insbesondere, dass Holzmasten die Vorteile im Vergleich zu Beton verbessern können, wenn die Festigkeitsanforderungen der Masten steigen. Der Grund dafür liegt in einem relativ starken Anstieg der Dimensionen von Betonmasten in diesem Bereich, während Rundholzmasten nur teilweise durch Streben oder Anker verstärkt werden müssen.

9 8

8,61

„.,, 8,32

7

5 ?

2,67 r73.

!••• 1,89

0,4-kV-Regelleitung: Im Vergleich zur Bewertung der Einzelmaste liefert die Betrachtung des Gesamtnetzes differenziertere Erkenntnisse. Zwar bleibt der Stahlrohrmast nach wie vor die ökologisch ungünstigste Lösung, doch ist die Differenz zu den anderen Materialien geringer geworden. Bei der Ökotoxizität zeigt die Holzstrecke die höchsten Belastungswerte. In diesem Wirkungsparameter kommt die Auswaschung der Holzschutzmittelbestandteile Kupfer und Chrom, sowie die Zinkkorrosion der Stahlzubehörteile der Holzmasten zum Ausdruck. Bei den Stahlmasten führen die Emissionen der flüchtigen Kohlenwasserstoffe aus der Anstrichbehandlung zu den hohen Werten. Die Betonstrecke bleibt die Lösung mit dem höchsten Abfallaufkommen. Sie ist bei der Ozonbildung etwa gleich zu setzen mit der Holzleitung. Holz weist bei den sechs weiteren Bewertungsgrössen Vorteile gegenüber Beton auf, hauptsächlich erklärbar durch den geringen Einsatz an fossilen Energieträgern und dem geschlossenen CO2-Kreislauf.

'

1,82

•,, k..,"-M 13 .

3:

0 Stahlrohr

Beton

Rundholz

Primärenergie fossil

3

Primärenergie total

Tabelle 17 0,4-kV Regelleitung GJ 350

4.3.5 Folgerung Die Studie zu den Leitungsmasten bringt zum ersten Mal einen umfassenden Vergleich von druckimprägnierten Holzprodukten mit den entsprechenden Substitutionsprodukten gleicher Beanspruchung. Strecken aus imprä gnierten Rundholzmasten zeigen mehrheitlich Umweltvorteile. Holz schneidet in sieben von neun Kriterien besser ab als die Konkurrenzprodukte aus Stahl und Beton.

Die schlechte Stellung der Rundholzmaste bezüglich Ökotoxizität ist eine Tatsache, ist aber ein Teilaspekt der- Beurteilung, Daraus

Stahlrohr

Beton

Rundholz

lässt sich folgern, dass druckimprägnierte Holzprodukte auch aus ökologischer Sicht empfohlen werden dürfen. Diese Aussage gilt dort, wo das Holzprodukt tatsächlich eirierVVetterbeansdruthung ausgesetzt ist

21

Lignatec 1/96

Tabelle 15

Tabelle 16

0,4-kV Einzelmasten

0.4-kV Einzelmasten 13 12

Stahlrohr

E

Beton

Stahlrohr

Rundholz

Abfall gesamt (kg)

■

Überdüngung Ig SO2 equ.)

im Treibhauseffekt (kg CO2 equ.)

Rundholz

Beton

2

Ozonbildung Ig C2 H, equ.)

Tabelle 18 0,4-kV Regelleitung

Versäuerung (kg PO, equ.)

▪

Ökotoxizität (kg)

■

Humantoxizität (kg)

Tabelle 19

0,4-kV Regelleitung 500

450

400 30 •

350

300

23

250

200

150 10 100

Beton Abfall gesamt (t)

3

Überdüngung (kg SO2 equ.)

Rundholz

Rundholz

Versäuerung (kg PO, equ.)

■ Ozonbildung (kg C2 H4 equ.)

Ökotoxizität (kg)

Treibhauseffekt lt CO2 equ.)

III

Humantoxizität (kg)

22

4.4

Energie aus Heizöl oder Holz

Die folgenden Ausführungen geben die Resultate der BUWAL-Studie «Energie aus Heizöl oder Holz? — Eine vergleichende Umweltbilanz» wieder.

Während vielen Jahren Energieträger Nummer eins und weltweit noch vielerorts von grösster Bedeutung, ist Holz in den Industrieländern von Energieträgern mit höherer Energiedichte abgelöst worden. Erst seit der Energiekrise Mitte der siebziger Jahre ist das Interesse an Holz zur Wärmegewinnung wieder angestiegen. In den vergangenen Jahren baute sich eine gewisse Opposition gegen die Holzenergie auf, die sich ökologischer Argumente bediente. Der hier besprochenen Studie kommt das Verdienst zu, die ökologischen Argumentationen wissenschaftlich abzustützen und ihre Bedeutung in einem gesamtheitlichen Zusammenhang aufzuzeigen.

4.4.1 Ziele Die von der Eidg. Forstdirektion im Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) 1990 in Auftrag gegebene Studie «Energie aus Heizöl oder Holz? — Eine vergleichende Umweltbilanz» ging der Frage nach, welcher der Energieträger Holz und Erdöl die Umwelt mehr belastet. Es handelte sich um eine der ersten Studien, welche Produktionsprozess (Bereitstellung), Transport und Verbrennung integral in die Betrachtung mit einbezogen und auch das Kohlendioxid CO, berücksichtigt hat.

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Die aufgeworfenen Fragen sind vor dem Hintergrund der damaligen forstpolitischen Aktualität zu sehen. Zur seit Jahren ungenügenden Nutzung des Schweizer Waldes hinzu kam die Problematik einer stagnierenden bis rückläufigen Nachfrage nach Industrieholz. Die energetische Verwendung von weniger hochwertigem Waldholz ebenso wie von Restholz aus den Sägereien bietet hier den einzigen Ausweg. Es stellte sich die Frage, ob dies auch ökologisch zu verantworten sei.

4.4.2 Randbedingungen und Systemgrenzen Es wurde untersucht, welche Auswirkungen auf die Umwelt zu erwarten sind, wenn zusätzlich eine Million Kubikmeter Holz anstelle von 200 000 Tonnen Heizöl für die Wärmegewinnung eingesetzt werden. Gesucht waren Fakten über den Energie- und Arbeitsaufwand für das Bereitstellen von Holzbrennstoff oder Heizöl. Gefragt war zudem die anfallende Schadstoffbelastung im In- und Ausland. Zur Diskussion stand ferner ein Vergleich der freigesetzten Schadstoffmenge bei der Verfeuerung der beiden Brennstoffe. Als Vergleichsbasis dienten moderne automatische Holzschnitzelfeuerungen und moderne Ölfeuerungen. Bei den Holzfeuerungen kommen Halbgrünschnitzel aus dem Wald zum Zuge. Es könnten auch Hackschnitzel aus Restholz oder Altholz verwendet werden. Für den Brennstoff Altholz müssen besondere technische Einrichtungen vorhanden sein, z. B. eine Rauchgasreinigung.

Seit Abschluss dieser Studie hat die technische Entwicklung der Holzfeuerungen ganz erhebliche Fortschritte gemacht. Da gleiches auch für die Ölfeuerungen gilt, sind die damaligen Ergebnisse in der Tendenz auch heute noch gültig.

Tabelle 20

Die Versorgungsketten von Holz und Heizöl Charakteristische Arbeitsschritte vom stehenden Baum bis zum Silo des Verbrauchers (Halbgrünschnitzelkette)

Charakteristische Arbeitsschritte bei der Versorgung der Schweiz mit Heizöl

• • • • •

• • • • • •

Fällen Transport zum Zwischenlager Hacken Zwischenlagerung im Schnitzellager Transport zum Verbraucher (Silo)

Erschliessung von Ölfeldern Förderung des Öls Transport des Rohöls Verarbeitung in Raffinerien Lagerung in Depots Verteilung bis zum Endverbraucher

23

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4.4.3 Ergebnisse

4.4.4 Folgerungen

Zusammenfassend gehen aus diesem Vergleich die folgenden Erkenntnisse hervor:

Die hier dargestellten Ergebnisse der vergleichenden Ökobilanz Holz/ÖI führten unter anderem zur konsequenten Förderungspolitik des Energieholzes durch den Bund im Rahmen des Aktionsprogrammes Energie 2000. Im Rahmen dieses Programmes wurde festgelegt, den Anteil der Holzenergie von 1990 1,5 Prozent am Endenergieverbrauch oder 3 Prozent an der Wärmeversorgung bis ins Jahr 2000 zu verdoppeln. Zwischenzeitlich konnte der Verbrauch an Energieholz von geschätzten 1,5 Millionen Kubikmetern 1990 auf 2,2 Millionen Kubikmeter 1994 angehoben werden, bei weiterhin steigender Tendenz.

• Der Betrieb von Holzfeuerungen spart Energie. Er verbraucht rund dreimal weniger Hilfsenergie, sogenannte graue Energie, als die Öl-Feuerungen • Im Gegensatz zum Öl verschärft die Holzenergie den Treibhauseffekt nicht. Sie verursacht weniger Emissionen von Schwefeldioxid, organischen Verbindungen und Schwermetallen. Dem Betrieb gehen keine Gewässerverschmutzungen voraus. e Holzfeuerungen sind bei den Emissionen von Kohlenmonoxid und Stickoxid sowie beim Staub den Öl-Feuerungen gegenwärtig unterlegen.

Veränderung der Stoffbilanz Die Stoffbilanz für die Schweiz zeigt, dass eine Substitution von Öl durch Holz bei den Kohlendioxid-, Schwefeldioxid- und Schwermetall-Emissionen entlastend wirkt. Ausserdem belastet Holz keine Gewässer. Hingegen ergeben sich höhere Emissionen bei den Partikeln (Staub und Russ), beim Kohlenmonoxid und bei den Stickoxiden.

Die anstelle von Heizöl eingesetzten Holzschnitzel entlasten die Atmosphäre von Kohlendioxid. Würde das Energieholz-Potential von rund 6 Millionen Kubikmetern vollständig genutzt und gleichzeitig die entsprechende Energiemenge an fossilen Brennstoffen substituiert, könnten die Schweizer Kohlendioxid-Emissionen um 9 Prozent reduziert werden. Damit kann Holz einen wichtigen Beitrag an die schweizerischen Ziele zur Verminderung der CO2-Emissionen leisten.

Es wird in Zukunft nicht darum gehen, die Holzenergie um jeden Preis zu fördern. Viele Holzsortimente aus dem Wald sind dafür entschieden zu wertvoll. In Form von Waldholz, Restholz aus der verarbeitenden Industrie und Altholz steht jedoch ein nicht höherwertig verwendbares Potential zur Verfügung.

Dieses erlaubt es, den Holzenergie-Anteil weit über das gesteckte Ziel hinaus zu erhöhen.

In technischer Hinsicht hat die Studie aufgezeigt, dass Holz umso besser abschneidet, je mehr Beurteilungsgrössen in die Ökobilanz einbezogen werden.

Tabelle 21 Veränderung der Gesamtemissionen in der Schweiz beim Einsatz von 1 Million Kubikmeter Holz anstelle von 200 000 Tonnen Heizöl Stoffe Kohlendioxid Stickoxide Kohlenmonoxid Schwefeldioxid Flücht. org. Verbind.

Staub Blei Zink Cadmium

CO2 NOx CO SO2 CxHy Pb Zn Cd

Jahresausstoss in Tonnen/Jahr

Veränderung in Tonnen/Jahr

Veränderung in %

43 400 000 183 800 430 400 62 600 297 000 20 500 440 530 2,9

— 676 629 +943 +3 214 — 651 — 101 +584 — 0,140 — 0,120 — 0,014

— 1,56 + 0,513 +0,747 — 1,04 — 0,034 +2,85 — 0,032 — 0,023 — 0,490

24

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Tabellen 22 bis 26 Die Ergebnisse der untersuchten Grössen für Holz und Heizöl

Hilfsenergie

kJ/MJ

kJ/MJ Nutzenergie

160 140

— 144,8

135,3

'120 100

Energieaufwand

Der weitaus grösste Anteil der Hilfsenergie wird für Förderung, Transport und Raffination des Öls im Inund Ausland aufgebraucht. Der Gesamtkonsum an Hilfsenergie ist beim Öl mehr als dreimal so hoch wie beim Holz. Der Einsatz von Hilfsenergie für die eigentliche Verfeuerung ist bei beiden Produkten gleich.

80 60 40 20

11,6 32,63 121

0

g/MJ Nutzenergie

Da Holz sowohl bei der Verfeuerung als auch bei der Verrottung Kohlendioxid-neutral ist, ergibt sich beim Kohlendioxid eine Null-Bilanz. In der Versorgungskette Holz stammt das CO2 von Motorsägen, Hackern, Transportmitteln, usw.

Bei den Stickoxid-Emissionen NOx sind die Holzfeuerungen auch heute noch im Nachteil. Holz enthält im Gegensatz zu Heizöl zwischen 0,05 und 0,25 Prozent Stickstoff, der sich beim Verbrennungsprozess mit dem Sauerstoff zu Stickoxiden verbindet. Technologien zur Reduktion der Stickoxide stehen bei grossen Holzenergienlagen bereits zur Verfügung.

Bei Ölfeuerungen entstehen die Stickoxide zur Hauptsache aus dem Luft-Stickstoff-Gemisch der Verbrennungsluft. Da dieser Vorgang temperaturabhängig ist, lässt sich der Stickoxid-Ausstoss durch tiefere Verbrennungstemperaturen in sogenannten Low-N0x-Heizungen reduzieren.

Total

Kohlendioxid CO2

g/MJ 100

Emissionen im Vergleich

19,5

Verfeuerung

Versorgung

Versorgung

mg/MJ

Verfeuerung

Total

Stickoxide NOx mg/MJ Nutzenergie

180 IbU

170

140 140

120 100 80

12 /9,

60 40 20

50,07 30,2-,

29,6

0 Versorgung

mg/MJ

Verfeuerung

Total

Kohlenmonoxid CO mg/MJ Nutzenergie

500 430 --

400

Das Kohlenmonoxid CO ist ebenfalls ein Schadstoff, hei dem das Holz schlechter abschneidet. CO ist aber kein Schadstoff, der über den lokalen Raum seiner Entstehung hinaus Probleme schafft. Der COAusstoss kann im weiteren durch einen sorgfältigen Betrieb der Feuerung stark beeinflusst werden.

Modernste Holzfeuerungen sind bezüglich CO-Emissionen mit Ölfeuerungen vergleichbar.

350 300 250 200 150 100 50 0

Verfeuerung

Versorgung

mg/MJ 250

15,3

7,41

30,917-17,85

Total

Schwefeldioxid SO2 mg/MJ Nutzenergie

200

"`""'—'719

150

Holz Heizöl

Beim Schwefeldioxid SO, ist Holz klar im Vorteil, enthält es doch kaum Schwefel. Die Emissionen ent stehen beim Öl je zur Hälfte hei der Versorgung (Transport und Raffinerie) und bei der Verbrennung.

In letzter Zeit wurde der Schwefelgehalt im Heizöl stark reduziert.

Die in der Versorgungskette des Heizöls freigesetz-

100

102

50 0

2,25 Versorgung

23 .

Verfeuerung

25,2 1 Total

25

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Tabellen 27 bis 31 Die Ergebnisse der untersuchten Grössen für Holz und Heizöl

mg/MJ

Flüchtige organ. Verbindungen VOC mg/MJ Nutzenergie

60 50

52 6

40

ten flüchtigen organischen Verbindungen VOC entweichen in erster Linie bei der Raffinierung durch Leckverluste und beim Druckausgleich in Tankanlagen. Beim Holz lassen sich die Emissionen unverbrannter organischer Verbindungen durch eine gute Führung des Verbrennungsprozesses auf ein Minimum beschränken.

11.111- -1.2.7

30 20 10

13.2 9,8br

0

3,4'

1

Verfeuerung

Versorgung

mg/MJ

Total

Staubpartikel mg/MJ Nutzenergie

90

86;

80

88,4

—

70 60 50

Der anfallende Staub ist bei Holzfeuerungen ein Nachteil. Bei der Verbrennung entweichen Aschepartikel und nicht vollständig verbrannte Holzbestandteile. Durch optimales Verbrennen und Einsatz wirksamer Filter lassen sich die Emissionen dieser Partikel weiter vermindern.

40 30 20 10 2,35 1 73

0

WMJ

--17,68

5,95 Verfeuerung

Versorgung

Total

Schwermetalle Mikrogramm/MJ Nutzenergie ?i

71

15

10

Bei der Verbrennung von Heizöl werden bedeutend mehr Schwermetalle freigesetzt als bei Holz. Insgesamt handelt es sich hier um relativ kleine Mengen, die sich aber in den Böden anreichern.

5 3,65 0

1,3z ;

j0,06

A

Blei

mg/MJ

Verunreinigungen von Wasser entstehen fast ausschliesslich durch Rohöl, das bei der Tankreinigung auf offener See ins Meer gepumpt wird. Insgesamt gelangen ca. 1,6 Promille der auf dem Meer beförderten Erdölmenge ins Wasser, was bei einem jährlichen Transportvolumen von 1,3 Milliarden Tonnen Rohöl über 2 Millionen Tonnen ergibt. Dazu kommen weitere Risiken wie Tankerunfälle, Pipelinebrüche und Ölunfälle usw. Ähnliche Probleme im Wald können durch biologisch abbaubares Kettenöl für die Motorsägen vermieden werden.

Zink

Cadmium

Verunreinigung von Wasser mg/MJ Nutzenergie

40

39,4

39,41

35 30 25 20 15 10 5 0

0

0

mg/MJ

0

Verfeuerung

Versorgung

Total

Feste Abfälle mg/MJ Nutzenergie

500 4801 .

450

480 -

400

Holz Heizöl

Der Ascheanfall beträgt ca. 0,5 Gewichtsprozente des verfeuerten Holzes. Bezogen auf die gesamte Abfallmenge aus Haushalt und Industrie ist der Anfall von Holzasche in der Schweiz mengenmässig problemlos. Asche von naturbelassenem Holz kann als Düngerzusatz verwendet werden. Die Asche von Altholz ist gemäss gesetzlichen Vorschriften in Deponien zu entsorgen.

350 300 250 200 150 100 50

0

0

0,751

Versorgung

0 Verfeuerung

-.0,751 Total

26

5

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Fazit Ökobilanzen als Instrument zur Abbildung des Verbrauchs an Umweltgütern lassen sich nicht völlig objektivieren. Jede Bilanz enthält letztlich subjektive Wertungen. Es ist wichtig, dass die Anlage der Untersuchung und die getroffenen Annahmen klar erkennbar und ihre Auswirkungen nachvollziehbar sind.

Holz ist ein erneuerbarer Rohstoff, einer der ganz wenigen, über den die Schweiz verfügt und der in Europa generell in ausreichenden Mengen vorhanden ist. Holznutzung ist dort, wo sie nach geeigneten Kriterien und naturnah erfolgt, sogar mit positiven Umweltwirkungen verbunden. Die Diskussion um die nachhaltige Entwicklung (sustainable development) hat die Wichtigkeit des Wirtschaftens in Stoffkreisläufen aufgezeigt. In der Wald- und Holzwirtschaft der Schweiz und Europa ist dieses Prinzip heute bereits weitgehend verwirklicht. In diesem Zusammenhang ist vor allem der CO2-Kreislauf von Bedeutung. Holz kann hier als CO2-neutrales Material einen wichtigen Beitrag zur Lösung der Treibhausproblematik leisten.

Aufgrund der dargestellten Beispiele lässt sich klar aufzeigen, dass Holzlösungen ausgesprochen ökologisch sind. In der Bauteiluntersuchung ebenso wie in der Untersuchung zur Herstellungsenergie von Gebäuden sind' die Resultate für das Holz positiv, obschon ausschliesslich die Herstellung bis zum Fabriktor detailliert untersucht wurde. Holz ist den Konkurrenzmaterialien in der eigentlichen Bauphase, in der Nutzungsphase und im Rückbau aufgrund des kleinen Eigengewichtes und der Möglichkeit der energetischen Endnutzung ökologisch überlegen. Bei Berücksichtigung des vollständigen Lebenszyklus müsste Holz deshalb noch einmal wesentlich besser abschneiden.

In Bereichen mit hoher Wetterbeanspruchung eingesetzt, kann die Verwendung von druckimprägnierten Holzprodukten auch aus ökologischer Sicht empfohlen werden.

Dies zeigt die Untersuchung über die Leitungsmasten klar auf. In sieben von neun Beurteilungsgrössen schneiden Leitungsstrecken aus Holzmasten besser ab als diejenigen anderer Bauart, sie sind einzig bezüglich Ökotoxizität unterlegen. Es wird derzeit geprüft, inwieweit die Ergebnisse dieser Studie auch auf ähnliche, wetterbeanspruchte Produkte übertragen werden dürfen.

Holz stellt eine wichtige, bisher zu wenig genutzte Energiequelle dar, die aus ökologischer Sicht zu empfehlen ist. Es besteht im Moment noch ein erhebliches, relativ schnell zu mobilisierendes Potential an Wald- und Restholz sowie an Altholz. Gelingt es, dies zu realisieren, kann mit einem regenerierbaren und mehrheitlich einheimischen Rohstoff die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern reduziert werden.

27

6

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Literatur

BUWAL Die globale Erwärmung und die Schweiz: Grundlagen einer nationalen Strategie; Bericht der Interdepartementalen Arbeitsgruppe über die Änderung des Klimasystems, Hsg. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Bern, Januar 1994, 117 Seiten BUWAL Energie aus Heizöl oder Holz? Eine vergleichende Umweltbilanz; Expertenbericht der INFRAS, Zürich, im Auftrage des BUWAL, Schriftenreihe Umwelt Nr. 131 Holz; Hsg. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL), Bern, Oktober 1990,118 Seiten.

Zu dieser Schrift existiert auch eine Populärfassung DIANE Öko-Bau Gesamtenergie-Buchhaltung von drei Gebäuden; Zürich, Juni 1995, 2 Seiten Frischknecht Rolf et al. Ökoinventare für Energiesysteme, ETH Zürich, 1995 Heijungs Reinout, Guinee Jeroen B., et al.

Environmental Life Cycle Assessment of Products.

Guide and Background. Centrum for Millieukunde, Leiden, NL 1992 Intep AG und Steiger Peter Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten, Dokumentation D0123, Hsg. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich, Sept. 1995.

Kasser Ueli, Pöll Michael Graue Energie von Baustoffen; Tabellenwerk mit 550 Daten von Baustoffen, Bauchemikalien, Verarbeitungs- und Transportprozessen; Hsg. Büro für Umweltchemie; Zürich, Mai 1995, 75 Seiten

Künniger Tina, Richter Klaus, Dauwalder Rudolf Ökobilanz über Tragwerke von Mittel- und Niederspannungsfreileitungen, in Bulletin SEV/VSE 24/95, Bern, 1995, 7 Seiten Künniger Tina, Richter Klaus Ökologischer Vergleich von Freileitungsmasten aus imprägniertem Holz, armiertem Beton und korrosionsgeschützten Stahl, Abschlussbericht, EMPADübendorf, Abteilung Holz, 1995, 217 Seiten Preisig Hansruedi, Viridön Karl, Dubach Werner Ökologische Aspekte des Bauens, Versuch einer gesamtheitlichen Betrachtung in der Ausbildung von Architekturstudentinnen und -studenten am Technikum Winterthur, Ingenieurschule; Dokumentation D0122, Hsg. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich 1995 Schaltegger Stefan, Kubat Ruedi Das Handwörterbuch der Ökobilanzierung — Begriffe und Definitionen, Wirtschaftswissenschaftliches Zentrum (WVVZ) der Universität Basel, WWZ-Studie Nr. 45, Basel 1994, 111 Seiten Wegener Gerd, Beudert Michael, Frühwald Arno, Dreiner Klaus, Scharai-Rad Mohammad Bewertung von Holz im Vergleich mit anderen Werkstoffen unter dem Aspekt der CO2-Bilanz; Forschungsbericht, bewilligt und koordiniert über die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung München, 1994, 108 Seiten

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Impressum

Lignatec Die technischen Holzinformationen der Lignum Herausgeber LIGNUM Holzwirtschaft Schweiz Christoph Starck, Direktor Redaktion Themenwahl. Fachredaktion: Jürg Fischer, Lignum Technik Lektorat: Charles von Büren, Lignum Kommunikation Grafisches Konzept: Albert Gomm SGD, Graphic Design, Basel

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Autoren Peter Hofer, dipl. Forsting. ETH/lic. rer. pol., Lignum. Zürich Dr. Klaus Richter, dipl. Holzwirt, Universität Hamburg, EMPA Apt. Holz, Dübendorf Lignatec erscheint ein- bis dreimal jährlich und informiert zu Fachfragen bezüglich der Verwendung von Holz als Bau- und Werkstoff.

Lignatec richtet sich an Planer, Ingenieure, Architekten sowie an die Ver- und Bearbeiter von Holz.

Mitglieder der Lignum erhalten Lignatec gratis.

Einzelexemplar Fr. 20.— Sammelordner mit Register Fr.10.— Preisänderungen vorbehalten

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LIGNUM Holzwirtschaft Schweiz Falkenstrasse 26, 8008 Zürich Telefon 01 267 47 77, Fax 01 267 47 87, E-Mail: infoOlignum.ch

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Lignatec Fakten und Argumente zu Umweltaspekten Holz Ein ökologischer Rohstoff Nr. 1/1996 Erschienen im Februar 1996 Unveränderter Nachdruck August 2004

Bildnachweis Titelbild: Lignum/EMPA Grafik Seite 7: Broschüre «Treibhauseffekt und Wald», 1990 Bonn Alle übrigen Grafiken: Lignum/EMPA Planskizzen Seiten 10, 11, 12. 13: SIA-Dokumentation D0123 Photos Seiten 9 und 14: Lignum Photos Seite 15 Abb. 1: Niederholzboden: N. Bränning, Basch Abb. 2: Sagi Hegi: Kalksandstein Info KJ 1/94 Abb. 3: Trin: G. Rüedi, Chur Abb. 4: Winikon: Lignum Photo Seite 18: EMPA Photo Seite 22: VHe/Lignum

ISSN 1421-0320

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