Die Bauindustrie ist für etwa 40 % der globalen Kohlenstoffemissionen verantwortlich, wobei Baumaterialien – Stahl, Beton und Holz – einen erheblichen Teil des Kohlenstoffs eines Gebäudes ausmachen. Da sich die Vorschriften verschärfen und die Kunden Netto-Null-Pfade fordern, ist es für Architekten und Ingenieure unerlässlich geworden, den CO2-Fußabdruck der Wahl von Baumaterialien zu verstehen.
Dieser Leitfaden bietet einen gründlichen, datengesteuerten Vergleich des CO2-Fußabdrucks von europäischem [Bauholz] (/resources/structural-holz-guide) mit dem von Stahl und Beton und bietet praktische Anleitungen für Planer, die den CO2-Ausstoß über die gesamte Lebensdauer in ihren Projekten minimieren möchten.
Verkörperten Kohlenstoff verstehen
Verkörperter Kohlenstoff bezieht sich auf die Treibhausgasemissionen, die mit der Gewinnung, der Herstellung, dem Transport, dem Bau, der Wartung und der Verarbeitung von Baumaterialien am Ende ihrer Lebensdauer verbunden sind. Es wird in Kilogramm Kohlendioxidäquivalent (kgCO₂e) gemessen und über definierte Lebenszyklusphasen hinweg bewertet.
Lebenszyklusphasen (EN 15978)
| Modul | Bühne | Beschreibung |
|---|---|---|
| A1 | Rohstoffversorgung | Forstwirtschaft, Bergbau, Steinbruch |
| A2 | Transport | Rohstoffe zur Fabrik |
| A3 | Herstellung | Sägen, Schmelzen, Dosieren |
| A4 | Transport zur Baustelle | Fabrik zur Baustelle |
| A5 | Bau | Installation, Abfall, temporäre Arbeiten |
| B1–B7 | Verwenden Sie Bühne | Wartung, Reparatur, Austausch |
| C1–C4 | Lebensende | Abbruch, Transport, Aufbereitung, Entsorgung |
| D | Über den Lebenszyklus hinaus | Gutschriften für Wiederverwendung, Recycling, Energierückgewinnung |
Bei Strukturmaterialien dominieren typischerweise die Module A1–A3 (Cradle-to-Gate) das verkörperte Kohlenstoffprofil. Bei Holz ändert sich jedoch das Bild durch die biogene Kohlenstoffbilanzierung über alle Module hinweg – insbesondere die Bindung in A1 und die Freisetzung/Vermeidung in C und D – grundlegend.
Biogener Kohlenstoff: Der einzigartige Vorteil von Holz
Im Gegensatz zu Stahl und Beton ist Holz ein biogenes Material – es entsteht durch Photosynthese aus atmosphärischem CO₂. Jeder Kubikmeter strukturelles Nadelholz enthält etwa 250 kg Kohlenstoff, was etwa 920 kg CO₂ entspricht, das während des Baumwachstums aus der Atmosphäre entfernt wird.
Der Kohlenstoffkreislauf im Holzbau
- Wachstumsphase: Bäume nehmen CO₂ aus der Atmosphäre auf und wandeln es in Zellulose, Hemizellulose und Lignin um
- Ernte: Nachhaltig bewirtschaftete Wälder werden neu bepflanzt, wodurch ein neuer Sequestrierungszyklus beginnt
- Herstellung: Das Sägewerk erfordert einen relativ geringen Energieeinsatz (hauptsächlich aus Biomasserückständen).
- Lebensdauer: Kohlenstoff bleibt 60–100+ Jahre lang in der Holzstruktur eingeschlossen
- Lebensende: Der CO2-Verbrauch hängt vom Entsorgungsweg ab (Wiederverwendung, Recycling, Energierückgewinnung oder Deponierung).
Sequestrierungsfaktoren nach Arten
| Arten | Dichte (kg/m³) | Kohlenstoffgehalt (kg/m³) | CO₂ gebunden (kg/m³) |
|---|---|---|---|
| Gemeine Fichte (C24) | 420 | 210 | 770 |
| Waldkiefer (C24) | 450 | 225 | 825 |
| Europäische Lärche | 550 | 275 | 1.010 |
| Douglasie | 510 | 255 | 935 |
| Brettschichtholz (GL24h) | 420 | 210 | 770 |
| CLT (Cross-Laminated Timber) | 470 | 235 | 862 |
Kohlenstoffgehalt berechnet als 50 % der Ofentrockenmasse. CO₂-Äquivalent = Kohlenstoffmasse × 3,67 (Molekulargewichtsverhältnis).
Verkörperter Kohlenstoffvergleich: Von der Wiege bis zum Werkstor (A1–A3)
Pro Kilogramm Material
| Material | Verkörperter Kohlenstoff (kgCO₂e/kg) | Quelle |
|---|---|---|
| Strukturelles Nadelholz (C24, technisch getrocknet) | 0,20–0,45 | ICE-Datenbank v3.0, EPDs |
| Brettschichtholz (GL24h–GL32h) | 0,30–0,55 | EPDs (skandinavische Hersteller) |
| CLT-Platten | 0,35–0,60 | EPDs (Europäische Hersteller) |
| Baustahl (UK-Mix) | 1,20–1,55 | ICE-Datenbank v3.0 |
| Baustahl (hoher Recyclinganteil) | 0,70–0,95 | EPDs (EAF-Produktion) |
| Bewehrungsstahl (Rebar) | 1,40–1,80 | ICE-Datenbank v3.0 |
| Transportbeton (C30/37) | 0,10–0,15 | ICE-Datenbank v3.0 |
| Stahlbeton (typische Mischung) | 0,15–0,20 | Berechnet (Beton + Bewehrung) |
| Zement (CEM I) | 0,85–0,95 | ICE-Datenbank v3.0 |
Wichtiger Hinweis: Der Vergleich pro Kilogramm ist für die Strukturkonstruktion irreführend, da Materialien sehr unterschiedliche Dichten und strukturelle Effizienzen aufweisen. Ein Vergleich der Funktionseinheiten ist unerlässlich.
Pro Funktionseinheit: Vergleich der Bodenbalken
Vergleich von Materialien auf Basis funktioneller Einheiten – z.B. Ein Balken mit einer Spannweite von 5 Metern und einer häuslichen Bodenlast von 2,5 kN/m² bietet einen aussagekräftigen Vergleich:
| Lösung | Abschnitt | Masse (kg/m) | A1–A3 Kohlenstoff (kgCO₂e/m) | Sequestrierter Kohlenstoff (kgCO₂e/m) | Nettokohlenstoff (kgCO₂e/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| C24-Holz | 47 × 250 mm | 4,9 | 1,5 | –9,0 | –7,5 |
| GL24h Brettschichtholz | 100 × 200 mm | 8,4 | 3,8 | –15,4 | –11,6 |
| Stahl UB | 203 × 133 × 25 | 25,1 | 35,1 | 0 | +35,1 |
| RC-Träger | 225 × 350 mm | 189 | 28,4 | 0 | +28,4 |
Netto-Kohlenstoff beinhaltet biogene Sequestrierung für Holzoptionen. Stahl und Beton haben keinen Sequestrierungsvorteil.
Dieser Funktionseinheitenvergleich zeigt, dass Holzlösungen nicht nur „weniger schlecht“ als Stahl oder Beton sind – sie sind tatsächlich CO2-negativ, wenn die biogene Sequestrierung einbezogen wird.
CO2-Vergleich für das gesamte Gebäude
Typisches dreistöckiges Bürogebäude (2.000 m² GIA)
| Struktursystem | Überstruktur Kohlenstoff (tCO₂e) | Kohlenstoff pro m² (kgCO₂e/m²) | Sequestrierter Kohlenstoff (tCO₂e) | Nettokohlenstoff (tCO₂e) |
|---|---|---|---|---|
| Stahlrahmen + Verbunddeck | 480 | 240 | 0 | +480 |
| RC-Rahmen + Flachplatte | 520 | 260 | 0 | +520 |
| Brettschichtholzrahmen + CLT-Böden | 180 | 90 | –320 | –140 |
| Holzrahmen + CLT-Böden | 150 | 75 | –280 | –130 |
Daten basieren auf veröffentlichten Fallstudien und LETI Embodied Carbon Primer Benchmarks.
Wohnungsbau (pro Wohnung, ~85 m²)
| Bauweise | Verkörperter Kohlenstoff (tCO₂e) | Sequestriert (tCO₂e) | Netto (tCO₂e) |
|---|---|---|---|
| Traditionelles Mauerwerk + Stahl | 35–45 | 0 | +35 bis +45 |
| Holzrahmen + Mauerwerksverkleidung | 15–22 | –12 bis –18 | +3 bis +4 |
| Vollholz (CLT/Rahmen + Holzverkleidung) | 10–15 | –18 bis –25 | –8 bis –10 |
| Modulares Holz (fabrikgefertigt) | 8–12 | –15 bis –22 | –7 bis –10 |
Umweltproduktdeklarationen (EPDs)
EPDs liefern die zuverlässigsten, produktspezifischen Daten zum verkörperten Kohlenstoff. Dabei handelt es sich um von Dritten verifizierte Dokumente nach EN 15804+A2, in denen die Umweltauswirkungen bestimmter Produkte bestimmter Hersteller angegeben werden.
Warum EPDs für Planer wichtig sind
- Genauigkeit: Produktspezifische Daten statt allgemeiner Datenbankdurchschnitte
- Vergleichbarkeit: Die standardisierte Methodik ermöglicht einen vergleichbaren Vergleich
- Verifizierung: Verifizierung durch akkreditierte Stellen durch Dritte
- Verordnung: Wird zunehmend für Bauanträge und Bauvorschriften benötigt
- Bewertungssysteme: BREEAM und LEED vergeben Credits für EPD-gestützte Bewertungen
Wichtige EPD-Datenpunkte für Holz
Konzentrieren Sie sich bei der Überprüfung von Holz-EPDs auf Folgendes:
- GWP-fossil (A1–A3): Emissionen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe in der Produktion
- GWP-biogen (A1–A3): Biogene Kohlenstoffflüsse (negativ für Holz = Sequestrierung)
- GWP-Gesamt (A1–A3): Summe aus fossilen und biogenen Stoffen (oft netto negativ für Holz)
- Modul D: Gutschriften für Wiederverwendung, Recycling oder Energierückgewinnung am Lebensende
Anfordern von EPDs von Lieferanten
Wenn Sie [C24-Konstruktionsholz] (/products/c24-structural-construction-timber) oder [BSH-Brettschichtholz] (/products/bsh-glued-laminated-beams) angeben, fordern Sie Folgendes an:
- Produktspezifische EPD (bevorzugt) oder branchenübliche EPD
- EPD-Programmbetreiber und Registrierungsnummer
- Deklarierte Einheit und Systemgrenze (welche Module enthalten sind)
- Bestätigung, dass die EPD EN 15804+A2 (aktuelle Norm) entspricht
Kohlenstoffberechnungsmethode
Schritt-für-Schritt-Bewertung des Kohlenstoffs über das gesamte Leben
- Funktionales Äquivalent definieren: Gebäudetyp, Größe, geplante Lebensdauer, Leistungsanforderungen
- Materialien quantifizieren: Mengenverzeichnis für Strukturelemente
- Kohlenstofffaktoren zuweisen: Verwenden Sie EPDs, sofern verfügbar, ICE-Datenbank für Lücken
- Berechnen Sie A1–A3: Materialmengen × Kohlenstofffaktoren
- Schätzung A4–A5: Transportentfernungen und Emissionen aus dem Bauprozess
- Bewertung B1–B7: Wartung, Reparatur und Austausch über die vorgesehene Lebensdauer
- Modell C1–C4: End-of-Life-Szenarien (Abbruch, Transport, Verarbeitung)
- Berechnen Sie Modul D: Vorteile durch Wiederverwendung, Recycling, Energierückgewinnung
- Biogenen Kohlenstoff melden: Sequestrierten Kohlenstoff separat deklarieren
- Benchmark: Vergleich mit LETI-, RIBA- oder WLCA-Zielen
Kohlenstofffaktoren für schnelle Schätzungen
Für die frühe Entwurfsphase, wenn detaillierte EPDs noch nicht verfügbar sind:
| Material | Schneller Kohlenstofffaktor | Einheit | Notizen |
|---|---|---|---|
| Strukturelles Weichholz | –1,4 kgCO₂e/kg | Netto (inkl. Sequestrierung) | Konservative Schätzung |
| Strukturelles Weichholz | +0,3 kgCO₂e/kg | Nur Fossilien (ohne Sequestrierung) | Für GWP-Fossil-Berichterstattung |
| Brettschichtholz | –1,2 kgCO₂e/kg | Netto (inkl. Sequestrierung) | Klebstoff fügt fossilen Kohlenstoff hinzu |
| CLT | –1,1 kgCO₂e/kg | Netto (inkl. Sequestrierung) | Mehr Kleber als Brettschichtholz |
| Baustahl | +1,4 kgCO₂e/kg | Britischer Durchschnittsmix | Variiert je nach recyceltem Inhalt |
| Stahlbeton | +0,18 kgCO₂e/kg | Typisch C30/37 + Bewehrung | Variiert je nach Zementgehalt |
Regulatorischer Kontext
UK Teil Z (vorgeschlagen)
Die vorgeschlagene Teil-Z-Änderung der britischen Bauvorschriften würde eine Kohlenstoffbewertung über die gesamte Lebensdauer von Gebäuden über 1.000 m² erfordern. Obwohl es noch nicht in Kraft getreten ist, gibt es die Richtung vor und viele Kunden übernehmen seine Grundsätze bereits freiwillig.
EU-Ebene(n)-Rahmen
Das Level(s)-Rahmenwerk der Europäischen Kommission beinhaltet den Indikator 1.2 (Life Cycle Global Warming Potential) als zentrale Nachhaltigkeitsmetrik. Es wird zunehmend in der öffentlichen Auftragsvergabe und in nationalen Bauvorschriften in den EU-Mitgliedstaaten erwähnt.
LETI verkörperte Kohlenstoffziele
Die London Energy Transformation Initiative (LETI) hat verkörperte Kohlenstoffziele veröffentlicht:
| Gebäudetyp | Ziel 2020 (kgCO₂e/m²) | Ziel 2030 (kgCO₂e/m²) |
|---|---|---|
| Wohnen | <500 (A1–A5) | <300 (A1–A5) |
| Handelsbüro | <600 (A1–A5) | <350 (A1–A5) |
| Bildung | <500 (A1–A5) | <300 (A1–A5) |
Holzbausysteme sind eine der effektivsten Strategien zur Erreichung dieser Ziele, insbesondere der 2030-Benchmarks, die mit Stahl- oder Betonrahmen äußerst anspruchsvoll sind.
Designstrategien zur Minimierung des verkörperten Kohlenstoffs
Materialauswahlhierarchie
- Bestehende Struktur wiederverwenden, wo möglich (kein zusätzlicher verkörperter Kohlenstoff)
- **Geben Sie Holz als primäres Strukturmaterial an
- Verwenden Sie recycelten Stahl (EAF-Produktion), wo Holz nicht möglich ist
- Betonmischungen optimieren (GGBS/PFA-Ersatz, geringerer Zementgehalt)
- Design für Demontage, um eine zukünftige Wiederverwendung zu ermöglichen (Modul-D-Vorteil)
Holzspezifische Strategien zur CO2-Reduktion
- Geben Sie C24-Bauholz aus zertifizierten nachhaltigen Quellen an (gewährleistet Wiederbepflanzung und kontinuierliche Sequestrierung)
- Verwenden Sie für größere Spannweiten Brettschichtholz und Brettsperrholz statt standardmäßig Stahl
- Verbindungen für die Demontage konzipieren (verschraubt statt geschweißt/geklebt)
- Minimieren Sie Abfall durch genaue Schnittlisten und die Wiederverwendung von Reststücken
- Spezifikation der künstlichen Trocknung mittels Biomasseenergie (reduziert den fossilen Kohlenstoff in A3)
- Berücksichtigen Sie Holzverkleidungen und Innenverkleidungen, um das Sequestrierungsvolumen zu maximieren
Hybridstrukturen
Wo reines Holz nicht realisierbar ist (z. B. Kellerstrukturen, Hochhauskerne), optimieren Hybridansätze den Kohlenstoff:
- Holzüberbau auf Betonunterbau
- Brettschichtholz-/CLT-Böden mit Stahl- oder Betonkernen
- Holzdach auf Mauerwerk/Betonwänden
- Holzfüllungsplatten in Stahl- oder Betonrahmen
Fallstudie: Kohlenstoffvergleich in der Praxis
4-stöckiger Wohnblock (24 Wohnungen, 2.100 m² GIA)
Option A: Stahlbetonrahmen
- Überstruktur verkörperter Kohlenstoff: 580 tCO₂e
- Kohlenstoffintensität: 276 kgCO₂e/m²
- Sequestrierter Kohlenstoff: 0 tCO₂e
- Nettokohlenstoff: +580 tCO₂e
Option B: Brettschichtholzrahmen + CLT-Böden
- Überstruktur verkörperter Kohlenstoff: 165 tCO₂e
- Kohlenstoffintensität: 79 kgCO₂e/m²
- Sequestrierter Kohlenstoff: –340 tCO₂e
- Nettokohlenstoff: –175 tCO₂e
CO2-Einsparung: 755 tCO₂e (entspricht 190 Hin- und Rückflügen London–New York)
Dies zeigt, dass allein die Wahl des Materials – ohne Änderung der Gebäudeform, -größe oder -funktion – ein Projekt von einem bedeutenden CO2-Emittenten zu einem Netto-CO2-Speicher machen kann.
Bilanzierung von biogenem Kohlenstoff: Das technische Detail
EN 15804+A2 Ansatz
Die aktuelle europäische Norm für EPDs (EN 15804+A2, gültig ab 2022) verlangt eine gesonderte Berichterstattung über:
- GWP-fossil: Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und industriellen Prozessen
- GWP-biogen: Kohlenstoffströme im Zusammenhang mit biogenen Materialien (Aufnahme und Freisetzung)
- GWP-luluc: Auswirkungen von Landnutzung und Landnutzungsänderungen
- GWP-Gesamt: Summe aller drei Komponenten
Für Holzprodukte funktioniert die biogene Kohlenstoffbilanzierung wie folgt:
| Modul | Biogener Kohlenstofffluss | Typischer Wert (pro m³ Nadelholz) |
|---|---|---|
| A1 (Forstwirtschaft) | CO₂-Aufnahme während des Baumwachstums | –770 bis –920 kgCO₂/m³ |
| A1–A3 (Produktstadium) | Netto biogen (Aufnahme abzüglich Verarbeitungsverluste) | –700 bis –850 kgCO₂/m³ |
| C3–C4 (Lebensende) | Freisetzung bei Verbrennung oder Zersetzung | +700 bis +850 kgCO₂/m³ |
| D (über den Lebenszyklus hinaus) | Vermiedene Emissionen durch Energierückgewinnung | –200 bis –400 kgCO₂/m³ |
Die „–1/+1“-Regel bedeutet, dass im Holz gespeicherter biogener Kohlenstoff in Modul A1 als negativ und in Modul C als positiv deklariert wird (bei Freisetzung am Lebensende). Über den gesamten Lebenszyklus hinweg ist biogener Kohlenstoff theoretisch neutral – aber der Zeitpunkt ist wichtig. Durch die Speicherung von Kohlenstoff über einen Zeitraum von 60 bis 100 Jahren in einem Gebäude wird dessen Freisetzung verzögert, was in den entscheidenden Jahrzehnten der Dekarbonisierung einen echten Klimavorteil darstellt.
Temporäre Kohlenstoffspeicherung
Das Konzept der temporären Kohlenstoffspeicherung erkennt an, dass die Verzögerung von CO₂-Emissionen einen Wert hat. Eine Tonne CO₂, die 100 Jahre lang in Holz gespeichert wird, bringt mehr Klimavorteile als die gleiche Tonne, die heute freigesetzt wird, denn:
- Es reduziert die maximale CO₂-Konzentration in der Atmosphäre während der kritischen Zeit
- Es verschafft Zeit für die Dekarbonisierung anderer Sektoren
- Am Ende seiner Lebensdauer kann das Holz wiederverwendet, recycelt oder zur Energiegewinnung genutzt werden (wodurch fossile Brennstoffe ersetzt werden).
Einige Rahmenwerke zur CO2-Bilanzierung (z. B. PAS 2080, GHG Protocol) entwickeln Methoden zur Anrechnung temporärer Speicherung, obwohl dies noch ein sich entwickelnder Bereich ist.
Kommunikation der CO2-Vorteile an Kunden
Wenn Sie Ihren Kunden die CO2-Vorteile von Holz präsentieren:
- Funktionale Einheiten verwenden: Vergleichen Sie Balken, Böden oder ganze Gebäude – keine Rohstoffe
- Trennung von Fossilien und Biogenen: Geben Sie sowohl GWP-Fossilien als auch Sequestrierung klar an
- Referenznormen: Nennen Sie EN 15978, EN 15804 und anerkannte Benchmarks (LETI, RIBA)
- Kontext angeben: Einsparungen in nachvollziehbaren Begriffen ausdrücken (äquivalente Autofahrten, Flüge, Haushaltsemissionen)
- Unsicherheit anerkennen: Kohlenstoffdaten weisen eine inhärente Variabilität auf – aktuelle Bereiche, keine falsche Präzision
- Link zur Zertifizierung: Verbinden Sie CO2-Vorteile mit der FSC/PEFC-Zertifizierung, um eine nachhaltige Waldbewirtschaftung sicherzustellen
Verwandte Ressourcen
- Leitfaden zur Spezifikation von Bauholz – umfassender Pfeilerführer
- FSC vs. PEFC-Zertifizierung – Sicherstellung, dass Holz aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammt
- C24 Structural Construction Timber – kohlenstoffarmes strukturelles Nadelholz
- BSH-Balkenschichtholzbalken – Holzwerkstoffe für langspannige, kohlenstoffarme Konstruktionen
- Passivhaus-Holzbau – Kombination von niedrigem CO2-Ausstoß und betrieblicher Energieeffizienz
- Holzrahmen vs. CLT vs. Brettschichtholz – Vergleich des Struktursystems