Klimaneutrales Bauen

Dr. Günter Hähn, Dr. Markus Bach, Kai Ingmar Link,

Wirtgens Weg zum klimaneutralen Straßenbau

International suchen Maschinenhersteller und Baufirmen derzeit nach Wegen zum klimaneutralen Bauen. Es geht darum, weltweit in den kommenden Jahrzehnten die Emissionen von CO2 und anderen klimaschädlichen Gasen (zusammengefasst als CO2-Äquivalente: CO2e) kontinuierlich bis auf null zu reduzieren. Im Straßenbau ist diese Transformation eng verbunden mit der Optimierung und Weiterentwicklung von Produktions- und Arbeitsprozessen. Künftig werden auch Maschinen und Baustoffe anhand ihrer klimaschädlichen Emissionen bewertet. Dabei sollte jedoch nicht die einzelne Maschine im Fokus stehen, sondern der gesamte Prozess bzw. das Endprodukt Straße. Letztlich sind die Emissionen pro gebautem oder saniertem Straßenkilometer ausschlaggebend – das „CO2e per work done“.

Der WPT Wirtgen Performance Tracker für Kaltfräsen ermittelt und dokumentiert, wie viel Kubikmeter Asphalt gefräst wurden und kann unter anderem Auskunft über den Kraftstoffverbrauch einer konkreten Baumaßnahme geben. © Wirtgen Gruppe

Nachhaltigkeitsziele im Straßenbau
Im Jahr 2015 haben die Vereinten Nationen die Agenda 2030 verabschiedet. Damit will die Weltgemeinschaft auf allen Kontinenten ein menschenwürdiges Leben ermöglichen und zugleich die natürlichen Lebensgrundlagen dauerhaft bewahren. Dabei spielen ökonomische, ökologische und soziale Aspekte eine Rolle. Alle Regierungen, aber auch die Zivilgesellschaft und die Privatwirtschaft sind aufgerufen, ihren Beitrag zu leisten, um die in der Agenda 2030 formulierten „Ziele für nachhaltige Entwicklung“ (Sustainable Development Goals) zu erreichen. Für die Bauwirtschaft gibt es darüber hinaus bereits heute baustellenspezifische Anforderungen hinsichtlich der Nutzung fossilfreier Kraftstoffe oder des Einsatzes lokal emissionsfreier Maschinen, beispielsweise in den nordischen Ländern. Vor diesem Hintergrund, aber auch aus Verantwortung für die nachfolgenden Generationen, setzen sich derzeit viele Baukonzerne ebenso wie mittlere und kleine Bauunternehmungen eigene Klimaschutzziele. Damit die Straßenbau-Branche als Ganzes entsprechende Nachhaltigkeitsziele erreichen kann, sind erhebliche Anstrengungen aller beteiligten Unternehmen – vom Maschinenhersteller bis zur Baufirma als Nutzer – vonnöten. Deren Ziele decken sich, sodass das Interesse an der Entwicklung und Nutzung von Maschinen, die im Laufe ihres Lebens wenig Emissionen produzieren und selbst klimafreundlich produziert werden, sowie an ressourcenschonenden Bauprozessen stetig zunimmt.

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Weltweit hat sich das "Greenhouse Gas Protocol" (GHG) als ganzheitliche Berechnungsmethode für CO2e-Emissionen etabliert. Ähnlich wie eine kaufmännische Bilanz ermöglicht es Unternehmen und Institutionen, ihre klimaschädlichen Emissionen systematisch zu ermitteln und zuzuordnen. © Greenhouse Gas Protocol

Die Wirtgen Group als Hersteller von Straßenbaumaschinen hat sich ebenfalls konkrete, schrittweise Ziele gesetzt. So werden Wirtgen, Vögele, Hamm und Kleemann bis 2026 die Verfügbarkeit hybrid- bzw. komplett elektrisch angetriebener Maschinen weiter steigern. Zudem werden alle Wirtgen Group Produktmarken inkl. Benninghoven Maschinen und Anlagen anbieten, die mit fossilfreien oder klimaneutralen Kraftstoffen betrieben werden können. Nicht zuletzt wird auch die Digitalisierung der Maschinen einen erheblichen Beitrag zur Prozessoptimierung und damit zur Reduzierung der Emissionen leisten.
Mit all diesen Maßnahmen wird das Ziel verfolgt, bis zum Jahre 2030 den Fußabdruck der Maschinen und Anlagen aus der Wirtgen Group erheblich zu reduzieren. Konkret sollen die Scope 1- und Scope 2-Emissionen um mehr als 50 % sinken. Die Scope 3-Emissionen im Up- und Downstream sollen um mindestens 30 % reduziert werden. Dazu gehören im Wesentlichen die Emissionen der Maschinen im Laufe ihrer Nutzungsdauer, aber beispielsweise auch die Emissionen der Lieferkette. In diesem Kontext hat sich John Deere als Mutterkonzern der Wirtgen Group der Science Based Targets Initiative (SBTi) angeschlossen und seine Ziele validiert bekommen.

CECE ist die europaweite Organisation der Baumaschinenhersteller und verwandter Branchen. Sie hat 4 Felder zur Reduktion der CO2e-Emissionen identifiziert. © CECE

Ganzheitliche Betrachtung
Es gilt, die Bemühungen aller Akteure in der Branche zu fokussieren, sodass die Gesamtemissionen so weit wie möglich reduziert werden. Die Frage muss also lauten: Wie können Straßen mit minimalen oder ganz ohne klimaschädliche Emissionen gebaut oder saniert werden? Dazu sollten die Emissionen einer einzelnen Maschine oder Anlage nicht isoliert betrachtet, sondern die Projekte als Ganzes bewertet werden. Analog zum Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs pro gefahrene Strecke bietet sich eine Angabe pro geleistete Arbeit für eine Maschine an, beispielsweise pro ausgebautem Kubikmeter Straße oder pro Tonne eingebautem Asphalt. Für Baustellen sollten alle Faktoren berücksichtigt werden und eine Betrachtung pro gebautem oder saniertem Straßenkilometer erfolgen. Eine solche Betrachtung zeigt für jedes konkrete Projekt, welche Bauweise mit welchen Baustoffen- und maschinen am klimafreundlichsten ist. Um die größtmögliche CO2e-Einsparung zu erzielen, ist ein ganzheitlicher Ansatz erforderlich, der alle Aspekte mit einbezieht. Die CECE hat als europaweite Organisation der Baumaschinenhersteller und verwandter Branchen hierzu bereits Vorschläge entwickelt. Durch eine weitere Effizienzsteigerung der Maschinen, durch verbesserte Bauprozesse und -abläufe sowie durch die effiziente Bedienung lassen sich erhebliche Einsparpotenziale heben. Außerdem werden alternative, nicht-fossile Kraftstoffe und elektrische Antriebe einen wichtigen Beitrag auf dem Weg zur Klimaneutralität leisten.

Verteilung der CO2e-Emissionen bei konventioneller Straßeninstandsetzung und CO2e-Einsparungen durch Materialrecycling. © Wirtgen Group

Intelligente Assistenzsysteme und alternative Energieträger
Die Wirtgen Group hat in den vergangenen Jahren bereits zahlreiche Lösungen entwickelt, mit denen der Kraftstoffverbrauch signifikant gesenkt werden konnte. Dazu gehören intelligent designte Antriebe und effizienzsteigernde Steuerungen. Zum Beispiel der „Mill Assist“ von Wirtgen – ein Assistenzsystem für Kaltfräsen, das Leistungs- und Qualitätsvorgaben des Bedieners selbstständig optimal umsetzt und damit stets das günstigste Verhältnis zwischen Fräsleistung und Betriebskosten einstellt. Dadurch werden Dieselverbrauch und Meißelverschleiß reduziert. Ein weiteres Beispiel sind die Straßenfertiger aus der Strich-5-Serie von Vögele, deren umweltfreundliche Maschinentechnik ebenfalls für eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sorgt. Maschinen von Wirtgen, Vögele, Hamm und Kleemann, deren Motoren die Anforderungen der Abgasstufe US EPA Tier 4f bzw. EU Stufe V erfüllen, können bereits heute mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden: Sie sind zugelassen für alternative paraffinische Kraftstoffe wie HVO (Hydrotreated Vegetable Oils, Kraftstoffe auf Basis von pflanzlichen oder tierischen Fetten) oder XtL-Kraftstoffe (X-to-Liquid, synthetische Kraftstoffe auf Basis eines festen oder gasförmigen Energieträgers). Auch für Asphaltmischanlagen von Benninghoven gibt es bereits entsprechende Lösungen: Sie können mit Holzstaub oder mit BtL (Biomass-to-Liquid, flüssige Kraftstoffe aus Biomasse) betrieben werden. Im Bereich der neuen Mini-Fertiger von Vögele sowie der Kompakt-Walzen von Hamm stehen zudem erste batterieelektrisch angetriebene Lösungen zur Verfügung. Diese Maschinen verfügen über genügend Batteriekapazität für einen typischen Arbeitstag und bieten die gleiche Arbeitsleistung wie ihre dieselbetriebenen Pendants. Im Bereich der Aufbereitung von Nutz- und Recyclingmaterialien bietet Kleemann schon länger Brecher mit direkt-elektrischem Antrieb, der einen lokal emissionsfreien Betrieb durch Fremdeinspeisung ermöglicht.

Asphaltmischanlage von Benninghoven mit Heißgaserzeuger zur Herstellung von Asphalt aus bis zu 100 % Fräsgut. © Wirtgen Group

CO2e-Einsparpotentiale durch Materialrecycling
Zur ganzheitlichen Bewertung einer Baustelle und der genutzten Bauweise müssen sowohl die Emissionen der einzelnen Maschinen bzw. Anlagen berücksichtigt werden als auch die Emissionen, die bei der Herstellung der Baustoffe und Mischgüter sowie deren Transporten von und zur Baustelle entstanden sind bzw. entstehen werden. Um die CO2e-Einsparpotentiale durch Nutzung von Recyclingtechnologien aufzuzeigen, sind beispielhaft die Emissionen verschiedener Bauweisen bei der Sanierung der Deck- und Binderschicht einer Fahrspur dargestellt. In allen Fällen wurde angenommen, dass Baumaschinen und Transportfahrzeuge B7-Diesel nutzen und die Mischanlage mit Braunkohlenstaub betrieben wird. Für die Transportentfernungen wurden typische Distanzen zwischen Mischanlage und Baustelle angenommen. In der linken Säule sind die Emissionen bei klassischer Vorgehensweise dargestellt: Der Bestand wird abgefräst, das Fräsgut wird abtransportiert und Mischgut aus vollständig neuem Material wird eingebaut. Die Bilanzierung zeigt, dass der größte Anteil der Emissionen in der Asphaltherstellung und der Herstellung der benötigten Materialien steckt.
Die mittlere Säule zeigt die Verhältnisse, wenn der Anteil an Recyclingmaterial, also wiederverwendetem Fräsgut, im Mischgut 80 % beträgt. Moderne Asphaltmischanlagen können derartige Asphalte bereits erzeugen und für bestehende Anlagen sind passende Retrofit-Lösungen verfügbar. Allein dadurch sinken die CO2e-Emissionen um signifikante 27 %. Noch größer sind die Einsparungen, wenn auf das Aufheizen der Baustoffe verzichtet wird. Die Linke Säule zeigt, dass hierbei ein Großteil der CO2e-Emissionen entsteht. Dazu gibt es weltweit erprobte Alternativen. Allen voran sind der Niedrigtemperaturasphalt und das Kaltrecycling zu nennen. Insbesondere das Kaltrecycling in situ (vor Ort) benötigt bis zu 90 % weniger an Ressourcen und bis zu 90 % weniger Transporte. Im Beispielszenario werden so 43 % CO2e-Emissionen eingespart, siehe rechte Säule im Diagramm, bei Verwendung einer Deckschicht aus Neumaterial auf der kaltrecycelten Schicht. Bei vollständiger Sanierung der gesamten Fahrbahn können mit dieser Bauweise sogar bis zu 60 % der CO2e-Emissionen eingespart werden und das ohne Qualitätsverlust. Dazu kommen praktische Vorteile wie eine schnelle Baustellenabwicklung und langlebige Fahrbahnen.

Prinzipskizze Kaltrecycling: Bei dieser Art der Fahrbahnsanierung werden die Baustoffe vor Ort recycelt. Eine Erwärmung des Asphalts ist nicht nötig, wodurch der Energiebedarf erheblich sinkt. © Wirtgen Group

Chancen der Digitalisierung nutzen
Welche Maßnahmen auch immer umgesetzt werden – benötigt wird ein nachvollziehbares und überprüfbares System, mit dem sich Emissionen ermitteln und bewerten lassen. An dieser Stelle bietet die Digitalisierung enorme Chancen. Unter anderem können Telematiksysteme bereits heute die Kraftstoffverbräuche der Maschinen erfassen. Bis 2030 soll allein bei den Produktmarken der Wirtgen Group die Anzahl der Maschinen, die über ein solches System verfügen, auf 42.000 steigen. Die Dokumentation der Werte kann so unter realen Einsatzbedingungen erfolgen und bietet dadurch deutlich mehr Praxisnähe als vorgegebene Testzyklen. Auch erste Systeme zur Erfassung der tatsächlich geleisteten Arbeit sind verfügbar, zum Beispiel der „Wirtgen Performance Tracker“ (WPT) für Kaltfräsen sowie radmobile Bodenstabilisierer/Recycler. Mit Hilfe derartiger digitaler Lösungen ist auch der Nachweis der Verbräuche „per work done“ – also pro Baustelle bzw. pro Projekt – möglich.

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