Wir stehen vor enormen Veränderungen. Diesmal steht Bauen im Mittelpunkt. Der Wuppertaler Vordenker Jörg Heynkes sagt, wir retten die Welt entweder digital oder gar nicht. Damit sind zum einen Klimaschutz und Nachhaltigkeit als gesellschaftlicher Auftrag für eine lebenswerte Existenz aller im Einklang mit der Natur gemeint und zum anderen die dafür notwendige Digitalisierung als wichtigstes Mittel zum Zweck. In seiner Kolumne entwickelt Dr. Bernhard Hauke, Chefredakteur von „nbau.Nachhaltig Bauen“, praxisnahe Vorschläge, wie das gelingen kann.

Zur Person

Der Ingenieur, Journalist und Nachhaltigkeitsexperte Dr. Bernhard Hauke ist gelernter Baufacharbeiter, hat an der TU Darmstadt Bauingenieurwesen studiert und mit einem Monbusho- Stipendium an der Univ. Tokyo promoviert. Anschließend war er je eine Dekade Leiter Tragwerksplanung bei Hochtief Engineering in Frankfurt und danach Geschäftsführer von bauforumstahl in Düsseldorf. Seit 2018 ist er Editorial Director des Bauingenieur- Fachverlages Ernst & Sohn und hat 2022 die Zeitschrift „nbau. Nachhaltig Bauen“ gegründet. www.nbau.org

Der Bau- und Immobiliensektor trägt den Löwenanteil zu umweltschädlichen Emissionen wie Treibhausgasen bei, verbraucht auch die meisten Ressourcen und verursacht nach wie vor riesige Mengen an Abfällen. Wir haben also den größten Hebel und damit die maximale Verantwortung. Auch ist bekannt, dass sich die Bauwirtschaft in den zurückliegenden Dekaden technologisch und produktiv langsamer als nahezu alle anderen Sektoren entwickelt hat. Daraus ergeben sich drückende Notwendigkeiten zur Innovation und gleichzeitig enorme Chancen, gerade für eine junge Generation an Bauingenieurinnen. Bei genauerem Hinsehen tut sich inzwischen tatsächlich etwas in der kleinteiligen Branche. Unter die zahlreichen Traditionsunternehmen mischen sich zunehmend quietschfidele Start-ups mit neuen technischen oder geschäftlichen Ideen in Sachen Klimaschutz, Digitalisierung und Bauwende.

Vieles muss und wird sich also weiterentwickeln beim Bauen. Was nicht mehr geht, ist ein bisschen Informatik und Nachhaltigkeit als Nebenfächer oder nur für Spezialisten. In nahezu allen Bereichen des praktischen Berufslebens wie des Studiums werden sich die Schwerpunkte und Ziele verändern oder haben dies bereits. Natürlich bleiben Sicherheit, Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit essenziell für unser Tun und Handeln als Bauingenieure. Aber das gilt nun in gleichem Maße auch für Klimaschutz, Ressourcenschonung oder Biodiversität. Aber ohne Digitalisierung auf allen Ebenen wird vieles nicht effizient machbar sein.

Das heißt nicht, dass klassische Baustoffe wie Beton, Stahl oder Ziegel nicht mehr gebraucht werden und wir zukünftig bspw. nur noch mit Holz bauen. Aber alle müssen die Herausforderungen konsequent annehmen, klimafreundliche Herstellverfahren und kreislaufgerechte Konstruktionen voranbringen. Auch wird es mehr bio- und geobasierte Baustoffe geben, mehr Zirkularität, mehr Ressourceneffizienz. Und wir müssen weg vom Neubau auf der grünen Wiese und ungehemmtem Flächenverbrauch hin zu mehr Umbau, Sanierung, Anbau und Aufstockung des Bestandes. So können wir die grauen Emissionen des bereits Gebauten erhalten und unsere Baukultur als goldene Energie begreifen.

Die Möglichkeiten und Entwicklungen künstlicher Intelligenz werden hier rasanter sein, als wir uns das heute vorstellen können.

Keines dieser Themenfelder bietet für sich alleine eine universelle Lösung. Eines der wichtigsten Kriterien zur Ermittlung des jeweils besten Wegs ist hingegen die angewandte Ökobilanzierung, deren Methoden Grundwissen sein sollten. Aber auch die unerlässlichen Tools und Konzepte jenseits der Spielwiesen von IT-Freaks gehen mit einer konsequenten Digitalisierung und insbesondere der Nutzung künstlicher Intelligenzen einher. Die Möglichkeiten und Entwicklungen werden hier rasanter sein, als wir uns das heute vorstellen können. Die großen Veränderungen beim Bauen gingen oft mit neuen Werkzeugen einher, so Festigkeitslehre und TM im 19. oder FEM und CAD im 20. Jahrhundert.

Nicht jede*r Bauingenieur*in muss Expertin oder Experte für Nachhaltigkeit und Digitalisierung sein. Unser Beruf bietet eine Vielzahl spannender Tätigkeitsfelder. Aber Klimaschutz und Bewahrung der Umwelt sind essenzielle Aufgaben, zu denen wir alle beitragen müssen. Und ohne KI-basierte digitale Methoden wird es nicht gehen. Immer sind wir verantwortlich für unser Handeln.

Dr. Stefanie Weidner ist Vorständin der Werner Sobek AG. In ihrem Gastbeitrag appelliert sie an die junge Generation der Bauingenieure, sich für Nachhaltigkeit stark zu machen.

Zur Person

Stefanie Weidner ist promovierte Architektin mit dem Schwerpunkt Nachhaltigkeitsstrategien. Seit Sommer 2024 ist sie Vorständin der Werner Sobek AG. Vorher leitete sie bereits das Kopenhagener Büro des Unternehmens. Sie ist außerdem DGNB Consultant und ehrenamtliche Beirätin des Start-up-Unternehmens Optocycle.

Endlich, nach jahrelanger Vorbereitung: Der Einstieg ins Berufsleben und die ersten eigenen Projekte. Eine aufregende und spannende Zeit. Oft aber auch eine Zeit der ersten Krisen, der Fragen nach dem Sinn. Ist das, was ich da im Beruf mache, eigentlich das, worauf ich mich all die vergangenen Jahre vorbereitet habe? Wieso ist das alles so kompliziert – und wieso sind meine Projekte nicht so nachhaltig, wie ich mir das immer vorgestellt habe? Hinzu kommen die negativen Schlagzeilen, denen wir permanent begegnen: explodierende Materialpreise, abrupt steigende Zinsen, insolvente Projektentwickler, immer komplexere Regularien und Vorschriften. Entwicklungen, die der Lust auf eine Tätigkeit im Bauwesen einen empfindlichen Dämpfer verpassen können. Deshalb hier fünf Gründe, warum es sich lohnt durchzuhalten. Denn: Wer sich intensiver mit der Nachhaltigkeit in der gebauten Umwelt beschäftigt, der merkt schnell, dass dieser Bereich vorrangig von den Jüngeren vorangetrieben wird.

1) Nicht zu bauen ist auch keine Lösung

Immer wieder hört man den Ruf nach einem Stopp jeglicher Neubauprojekte. Für einige Regionen und Gebäudetypologien (Stichwort: Einfamilienhäuser und monofunktionale Kaufhäuser …) mag dies der richtige Ansatz sein, verallgemeinern lässt sich eine solche Forderung aber sicher nicht. Die Ballungsräume erfahren einen steten Bevölkerungszuwachs. Das bedeutet, dass nicht nur zusätzlicher Wohnraum geschaffen werden muss (aktuell fehlen je nach Schätzung bis zu 1.000.000 Wohnungen), sondern auch mehr Bildungs- und Betreuungseinrichtungen, mehr Nahversorgung, mehr Infrastruktur etc. Hierfür brauchen wir neue Lösungen und Konzepte, mehr (Nach-)Verdichtung, Möglichkeiten zur Aufstockung, Sharing- Modelle und Strategien für ein inklusives, gesundes Leben auf begrenzter Fläche. Hierauf müssen wir Planenden uns einstellen – sei es bei Neubauten, Bestandssanierungen oder manches Mal auch durch die Empfehlung, gar nicht zu bauen. Egal, in welche Richtung es geht: Unsere Expertise ist gefragt!  Übrigens: Global gesehen ist der Bedarf an gebauter Umwelt noch viel größer, müssen doch in den kommenden Jahren über zwei Milliarden zusätzliche Menschen beherbergt werden. Hinzu kommen Millionen Menschen, die wegen steigender Meeresspiegel und sich ausbreitender Wüsten (sowie wegen Kriegen und Konflikten) in andere Regionen der Erde migrieren.

2) Sanieren will gelernt sein

Leerstand findet sich meist nicht da, wo neuer umbauter Raum benötigt wird. Ist dies allerdings doch einmal der Fall, dann sollte vor einer Entscheidung für Abriss und Neubau sorgfältig geprüft werden, ob sich nicht auch die alten Gemäuer für die geplante neue Nutzung eignen. Sehr häufig wird dies der Fall sein – und sollte dann auch die bevorzugte Option der Planenden sein. Eine Sanierung kann bis zu 60 % der sog. grauen Emissionen einsparen. Bei Infrastrukturbauten liegt der Prozentsatz sogar noch höher. Dazu werden auch deutlich weniger Primärmaterialien benötigt als für einen Neubau. Doch warum zögern immer noch viele Bauherren vor diesem Schritt, selbst wenn die grundsätzlichen Rahmenbedingungen (wie z. B. der Zustand der Bausubstanz und die Geschosshöhe) dafür sprechen? Die Erfahrung zeigt: Sanierungsprojekte sind ökologisch vorteilhaft, aber oft komplizierter und anspruchsvoller als Abriss und Neubau. Und im Bauwesen bedeutet „kompliziert“ häufig auch, dass etwas wesentlich teurer wird als erwartet. Schubladenlösungen funktionieren hier nicht. Die Kostenfalle kann nur vermeiden, wer mit exzellenten Planerinnen und Planern arbeitet und auf smarte, technologiegestützte Lösungen setzt, die den Bestandserhalt vereinfachen.

3) Normierungen und Vorschriften – der Dschungel muss sich lichten

Es existieren derzeit circa 3.900 baurelevante Normen. Davon beziehen sich zwar „nur“ circa 350 auf den Geschosswohnungsbau, die Menge an zu beachtenden Regelungen und Empfehlungen ist dennoch enorm. Hinzu kommen je nach Zertifizierungssystem oder Förderprogramm noch eine Vielzahl an weiteren Aspekten, die begriffen und eingehalten werden müssen. Natürlich bedarf es allgemeingültiger Regeln, die dafür sorgen, dass kein Risiko für Leib und Leben und für die Natur besteht. Doch die Zahl und Komplexität der Normen steigt immer weiter an. Und mit jedem Anstieg wird das Bauen nicht nur komplexer und komplizierter, sondern auch teurer und meist materialintensiver. Genau dieser zuletzt genannte Aspekt lässt viele Planende, denen an einer Material- und Emissionsreduktion gelegen ist, regelmäßig verzweifeln. Die Architektenkammer Bayern wagte mit ihrer Initiative Gebäudeklasse E einen interessanten Vorstoß. Wir brauchen mehr solcher Initiativen. Wer, wenn nicht die neuen Generationen an Planenden sollten sie anstoßen?

4) Digitalisierung tut Not!

Die Digitalisierung in Deutschland muss sektorübergreifend ausgebaut werden. Das gilt auch und insbesondere für das Bauwesen. Zwar ist mittlerweile BIM Level 1 relativ verbreitet, das volle Potenzial von digitalen Zwillingen nicht nur während der Planung, sondern auch bei der Ausführung, dem Betrieb, der Instandhaltung und beim Rückbau wird allerdings bei Weitem nicht ausgeschöpft. Die Hoffnung besteht, dass mit den neuen Planenden-Generationen auch mehr digitale Affinität in die Planungs- und Baubüros einzieht und dadurch Prozesse vereinfacht, Softwarelösungen programmiert, Bauwerke optimiert und somit Zeit und Ressourcen gespart werden. In interdisziplinären Teams arbeiten wir auch bei Werner Sobek an Softwarelösungen, die uns simultan Lebenszyklusdaten und Optimierungsvorschläge aufzeigen, um so deutlich nachhaltiger bauen zu können.

5) Nachhaltigkeit kommt nicht von ungefähr

Nachhaltigkeit muss zwingend holistisch gedacht werden, und zwar von der ersten Entwurfsidee an. Was ist wirklich notwendig? Wo kann eingespart werden (Stichwort: Tiefgarage!)? Welchen Mehrwert kann das Projekt bieten? Was sind die zentralen Ziele, die erreicht werden sollen? Die Weichen hin zu mehr Nachhaltigkeit werden zu Beginn gestellt – das heißt aber nicht, dass im Lauf des Projekts keine Rückschläge zu befürchten sind, ganz im Gegenteil. Daher heißt es: Dranbleiben, Finger heben, Alternativen aufzeigen, Probleme lösen und Netzwerke aktivieren. Das ist anstrengend, komplex und facettenreich; ein multidisziplinäres Unterfangen, das insbesondere von Berufsanfängerinnen und -anfängern sehr viel abverlangt – das sich aber allemal lohnt.

Es gibt noch sehr viel zu tun, wenn wir die Transformation unserer gebauten Umwelt hin zu mehr Nachhaltigkeit zeitnah bewerkstelligen wollen. Aber was für eine Perspektive: Wir können heute durch unseren Einsatz für ein besseres Bauen nicht nur etwas für unseren beruflichen Erfolg tun, sondern ebenso einen wichtigen Beitrag dazu leisten, unseren Planeten für kommende Generationen zu bewahren. Der Beruf der Planenden hat sich weiterentwickelt, birgt ungeahnte Herausforderungen und fordert neue Kenntnisse, aber er ist und bleibt irrsinnig spannend! Auch wenn die ersten Jahre nach der Hochschule also anstrengend sein sollten – werft auf keinen Fall die Flinte ins Korn, zum Wohle von uns allen!

Zum Unternehmen

Die Werner Sobek AG ist ein weltweit tätiges Fachplanungsbüro für nachhaltiges Engineering und Design im Bauwesen mit Hauptsitz in Stuttgart. Das 1992 gegründete Unternehmen umfasst mehr als 450 Mitarbeitende und hat Büros in Europa, Nordamerika und dem Mittleren Osten. Die Arbeiten des Unternehmens zeichnen sich durch hochwertige Gestaltung und ausgeklügelte Konzepte zur Minimierung von Emissionen sowie von Energie- und Materialverbrauch aus.

Die Bauindustrie befindet sich in einer Phase des tiefgreifenden Wandels. Innovative und nachhaltige Technologien zur Herstellung und zum Recycling von Baustoffen gewinnen immer mehr an Bedeutung. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP arbeitet schon seit Jahren kontinuierlich daran, zukunftsweisende Materialien und Verfahren zu entwickeln und diese in die praktische Anwendung zu überführen. Dabei hat das Institut drei zentrale Ansätze verfolgt, die zusammen eine umfassende Strategie zur Reduktion von CO₂-Emissionen in der Bauindustrie bilden. Ein Schwerpunkt liegt auf der Integration von Werkstoffen, die aktiv zur Entnahme von CO₂ aus dem atmosphärischen Kreislauf beitragen können. Wie das gelingen kann, erläutern Katharina Engels und Christian Kaiser vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP.

Ein Beispiel ist die Verwendung von Pflanzenkohle, die nicht nur das Treibhausgas in Form von Kohlenstoff dauerhaft bindet, sondern auch positive Effekte auf die bautechnischen Eigenschaften der Materialien haben kann. Pflanzenkohle wird durch Pyrolyse organischer Materialien wie landwirtschaftlichen Reststoffen, Holz- oder Pflanzenabfällen hergestellt. Dabei wird die Biomasse bei Temperaturen zwischen 200 und 1000 °C in sauerstoffarmer Umgebung thermochemisch zersetzt. Aufgrund ihrer großen Materialströme eignen sich Baustoffe prinzipiell gut als bedeutende Kohlenstoffsenken. Die Herausforderung liegt darin, diese Potenziale zu nutzen und die oftmals heterogenen Pflanzenkohlen in die reglementierten Herstellungsabläufe der Baustoffe zu integrieren. Das Fraunhofer IBP hat deshalb Verfahren entwickelt, um das Handling der feinen und staubenden Kohlenstoffmaterialien zu vereinfachen. Zudem konnten die Forschenden zeigen, dass eine gezielte Aktivierung der mineralischen Bestandteile der Biomasse während der Pyrolyse die Betoneigenschaften verbessert. Darüber hinaus wird auch an Methoden gearbeitet, welche zusätzlich eine größere Verwertung mineralischer Reststoffe ermöglicht.

Trotz des bedeutenden Potenzials von Pflanzenkohle als Carbon Capture Material bleibt Zement der Hauptverursacher von CO₂-Emissionen in der Bauindustrie. Deshalb arbeitet das Fraunhofer IBP parallel intensiv an Zementersatzstoffen, sogenannten Supplementary Cementitious Materials (SCMs), wie etwa kalzinierten Tonen oder alkalisch aktivierten Bindersystemen, auch bekannt als Geopolymere. Letztere setzen verstärkt auf sekundäre Stoffströme und unterstützen so die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft. In verschiedenen Projekten wurde gezeigt, dass diese Bindersysteme gegenüber zementgebundenen Systemen technische Vorteile bieten, wie z.B. höhere Früh- und Druckfestigkeiten sowie eine hohe Säure- und Hitzebeständigkeit. Dadurch kann unter anderem der Bindemittelanteil reduziert und der Baufortschritt beschleunigt werden.

Die Technologien lassen sich problemlos kombinieren, wodurch in der Praxis der CO₂-Fußabdruck von Baumaterialien wie Beton erheblich verringert werden kann. Schlussendlich wird der Fortschritt in der Entwicklung und Implementierung solcher innovativen Materialien und Technologien entscheidend dafür sein, wie schnell die Transformationen der Bauindustrie zu einer klimafreundlichen Zukunft erfolgen.

Beton ist für 8 % des weltweiten CO₂- Ausstoßes verantwortlich und nach Wasser das meistverwendete Material der Welt. Grund für die hohen Emissionen ist vor allem die immense Menge an Beton, die weltweit eingesetzt wird: Jeden Monat wird einmal die Stadt New York mit Beton nachgebaut. Der Baustoff wird auch in Zukunft unersetzlich bleiben. Es ist daher wichtig, Lösungsansätze zu finden, mit denen die Dekarbonisierung des Betons erfolgreich vollzogen werden kann. Ein Gastbeitrag von Nicolas Ott, alcemy tech

Ausschlaggebend für die CO₂-Emissionen des Baumaterials ist der Zementklinker, der „Klebstoff“ im Beton. Die Herausforderung bei der Dekarbonisierung besteht darin, den Klinkeranteil deutlich zu reduzieren. Dies führt aber zu höheren Qualitätsanforderungen, einem erhöhten Personaleinsatz und dadurch deutlich teurerem Beton. Konsequenz: Die Herstellung von CO₂-reduziertem Beton hat sich bisher nicht rentiert.

Genau aus diesem Grund haben Leopold Spenner und Dr. Robert Meyer sich 2018 dazu entschlossen, das Greentech- Start-up alcemy zu gründen und bei dieser Herausforderung anzusetzen. Basierend auf maschinellem Lernen haben sie zwei Softwareprodukte entwickelt, die im Zementwerk und im Transportbetonwerk zum Einsatz kommen und es ermöglichen, Vorhersagen zu relevanten Qualitätseigenschaften zu treffen. Um die Produktion von Zement und Beton nachhaltiger zu gestalten, besteht der größte Hebel in der angesprochenen Reduktion des Klinkeranteils. Genau hier setzt alcemy mit seiner Software im Zement an. Das Start-up nutzt die Daten aus dem Zementwerk, um mithilfe der ML Module die Produktion zu optimieren und zu automatisieren. Diese klinkerärmeren und anspruchsvolleren Zemente können dann mit der Qualitätsüberwachungssoftware im Transportbetonwerk erfolgreich zu Betonen verarbeitet werden.

Hürden und Hindernisse

Doch damit die Dekarbonisierung der Industrie gelingt, muss auch die Nachfrage nach nachhaltigen Betonen zum Standard werden, was bisher leider noch zu wenig passiert. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung sind der Austausch von Informationen und Aufklärung über den Einsatz von nachhaltigem Beton. Ein weiteres Problem ist die Norm, die klar festlegt, welche Betone eingesetzt werden dürfen. Hier ist alcemy mit seinem Kunden Spenner 2024 ein Durchbruch gelungen: Gemeinsam haben sie einen Zement entwickelt, bei dem Zementklinker durch das besonders nachhaltige und gut verfügbare Substitut Kalksteinmehl ersetzt wird. Dieser radikal klinkerreduzierte Zement setzt neue Maßstäbe für nachhaltige Betone und ist bereits mehrfach in Praxisprojekten zum Einsatz gekommen.

Der Schlüssel zu einer klimaneutralen Industrie

Diese Meilensteine sind wichtige Schritte auf dem Weg zu Net-Zero. Die Gründer von alcemy sind überzeugt, dass die Reduzierung des Klinkeranteils im Beton ein entscheidender Hebel zur Dekarbonisierung ist, der bisher zu wenig genutzt wird. Gleichzeitig werden andere Ansätze ebenfalls verfolgt werden müssen: CCU/S Technologie wird ein unumgänglicher Baustein auf dem Weg zu einer klimaneutralen Industrie sein. Hierfür jedoch muss die nötige Infrastruktur erst noch gebaut werden. Letztendlich braucht es für den Einsatz nachhaltiger Betone die Beteiligung aller Akteure, von den Zement- und Betonherstellern bis hin zur Baustelle. Umso wichtiger ist es, dass sich werdende Bauingenieure mit diesem Zukunftsthema proaktiv befassen, um den Weg für eine zukunftsorientierte und nachhaltige Industrie zu ebnen.

alcemy

Das grüne Tech-Start-up alcemy wurde 2018 von Leopold Spenner und Dr. Robert Meyer mit der Überzeugung gegründet, dass in der Zement- und Betonherstellung die Reduktion von CO₂ mit der Reduktion von Produktionskosten einhergehen kann und muss. alcemy läuft mittlerweile bei einem Drittel aller deutschen Zementwerke und in über 30 Transport-Betonwerken.