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Stahl - Ökobilanz

Metallbaustoffe

Als Stahl bezeichnet man aus Erz erschmolzene Legierungen aus Eisen und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoff-gehalt (C) weniger als 2,1 % betragen muss. Anwendungsgebiete sind vor allem der Betonbau (Bewehrungsstahl) und der Industriebau.

Herstellung

Energieverbrauch (Graue Energie)
Bewehrungsstahl
(100% Recyclat)
11,5 MJ/kg
hochlegierter Edelstahl
(0% Recyclat)
105 MJ/kg
niedriglegierter Stahl
(5% Recyclat)
46 MJ/kg
Gusseisen
(0% Recyclat)
65 MJ/kg
Armierungsstahl für Fundamentplatte (0,3m) 16,7 kg/m²
12,84 MJ/kg
Stahl hochlegiert (Legierungsanteil > 5%)
95,66 MJ/kg
Stahl niedriglegiert (Legierungsanteil 38,35 MJ/kg
Stahl unlegiert (nur Kohlenstoff, Mn<1%)
31,72 MJ/kg
Titanzinkblech
81,14 MJ/kg
Stahlblech verzinkt
53,76 MJ/kg
Schadstoffe
- hauptsächlich aus Verbrennungsgasen der Energiebereitstellung
Bestandteile
- vorwiegend Eisenerz, Legierungszusätze
Verfügbarkeit der Rohstoffe
- weltweite Eisenerzvorräte ca. 140 Mrd. t mit 74 Mrd. t Fe-Inhalt, Weltproduktion (1999) ca. 0,8 Mrd. t Fe

Nutzung

Schadstoffe bei der Verarbeitung am Bau
- evtl. durch Schweiß- und Korrosionsschutzarbeiten
Schadstoffbelastung im eingebauten Zustand
- nein

Rückbau

Entsorgung
- Eisenschrott
Verwertung
- Wiederverwertung durch Einschmelzen des Eisenschrotts (weltweit ca. 50 % Schrottanteil)
Rückbauaufwand
- hoch (bei Stahlbeton)

Zusammenfassung

Nachhaltigkeit:
Rohstoff für die Stahlerzeugung ist Eisenerz. In den Herkunftsländern - hauptsächlich GUS, Brasilien, Australien, Kanada, USA - wird Eisenerz überwiegend im Tagebau abgebaut. Die Weltvorräte an Eisenerz beliefen sich 1999 auf 140 Mrd. t bzw. 74 Mrd. t Fe-Gehalt. Auf heutigem Produktionsniveau ist die Erzversorgung damit noch für rund 100 Jahre gesichert.
Bei der Gewinnung in den Erzeugerländern entstehen pro Tonne Roheisen etwa zwei Tonnen Abraum und Abfälle. Nach Deutschland importiert wird das Roheisen z.B. in Form von sog. Pellets. Zur Stahlherstellung werden der im Roheisen enthaltene Kohlenstoff bis auf mind. 2 % entfernt und unerwünschte Begleitelemente als Schlacke abgezogen. Neben den üblichen Hochofenverfahren hat sich in der Stahlproduktion das Elektrostahlverfahren etabliert, mit dem sich die Umweltbelastungen in den wesentlichen Umweltkategorien deutlich reduzieren lassen (Tab. 2).
Vom gesamten Weltverbrauch an Stahl von 800 Mio. t werden beinahe 50 % aus Altmetall hergestellt. Studien über den Schrottanfall in den Industrieländern zeigen eine hohe Steigerungsrate für das zukünftige Schrottaufkommen, innerhalb der letzten zehn Jahre konnte der Schrottverbrauch um ca. 25 % gesteigert werden.
Stahlkonstruktionen mit 100 % Schrottanteil (Recyclat) benötigen lediglich ca. 30-50 % an Grauer Energie gegenüber solchen aus Eisenerz. Beim Recycling entfallen für 1 t Schrott Abbau, Aufbereitung, Transport und Verhüttung von 1,6 t Erz. Außerdem können 0,5 t Koks eingespart werden, die nicht in Wärmeenergie und CO2 umgesetzt werden. Zudem lässt sich Stahl problemlos und beliebig oft recyceln.
Bei der Herstellung von Bewehrungsstahl (Betonstahl) kann heute ausschließlich Schrottmaterial eingesetzt werden. Hingegen befindet sich in Blechen und Stahlprofilen kein oder nur ein geringer Anteil an Altmetall. Jedoch kann ein bestimmter Recyclatanteil für Stahlkonstruktionen in der Ausschreibung - mit Ausnahme von großen Stahlbestellungen direkt ab Werk - nicht verlangt werden, da es nicht möglich ist, den Schrottanteil für ein ausgewähltes Produkt zu bestimmen.
Für höhere Recyclingquoten sollte deshalb die Trennung und Wiederverwertung von Stahlbauteilen gefördert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass neue Stahlprodukte immer mehr aus Altmaterial hergestellt werden. Dement-sprechend werden die Demontage zur Wiederverwendung und die Verwertung von Stahlbauteilen eine immer größere Rolle spielen. Bereits die Wahl der Konstruktionsart (z.B. lösbare Verbindungen) hat einen großen Einfluss auf die Möglichkeit einer späteren Erweiterung, Verstärkung oder Wiederverwendung eines Bauwerks oder einzelner Teile. Beim Abbruch ist die Trennung des Stahls von den übrigen Bauschuttfraktionen zu verlangen. Dies ist besonders wichtig bei Stahl-Beton-Verbundelementen, die eine aufwändige Materialtrennung beim Rückbau verlangen.
Neben der Oberflächenbehandlung ist dem konstruktiven Korrosionsschutz eine große Bedeutung bei der Planung von Bauten beizumessen. Stahlbauteile können durch Vordächer oder Bekleidungen vor Bewitterung geschützt werden. Dadurch sinken die Anforderungen an die Oberflächenbehandlung, so dass ein einfacheres Beschichtungssystem genügt. In der Regel führt dies zu geringeren Umweltbelastungen.
Fazit:
Gewinnung und Nutzung von Eisenerzrohstoffen bedeuten stets Flächeninanspruchnahme (für Abbau und Abraum), Stoffverlagerungen und Energieverbrauch. Da Eisenerz ausschließlich im Ausland gefördert und dort meist auch zu Roheisen verarbeitet wird, fallen im Lieferland bereits bedeutende Umweltbelastungen an. Im Vergleich zu wenig gehaltvollen Erzen wie →Kupfer oder →Aluminium sind diese „ökologischen Rucksäcke“ bei Roheisen geringer (Tab. 1). Neben dem Roheisen spielt heute der Schrottanteil bei der Stahlerzeugung eine wesentliche Rolle. Stahlkonstruktionen mit 100% Schrottanteil (Recyclat) benötigen lediglich ca. 30-50% an Grauer Energie gegenüber solchen aus Eisenerz. Zudem lässt sich Stahl problemlos und beliebig oft recyclieren, ohne dass die Stahlqualität dadurch beeinträchtigt wird. Bereits heute werden vom gesamten jährlichen Weltverbrauch an Stahl von ca. 1200 Millionen Tonnen beinahe 50% aus Altmaterial hergestellt. Armierungsstahl wird z.B. in der Schweiz aus 100% Schrottmaterial produziert. In Blechen und Stahlprofilen hingegen befindet sich kein oder nur ein geringer Anteil an Altmetall.
Allgemein fallen Metallbaustoffe bei Ökobilanzen als besonders ressourcenintensive Baustoffe auf. Sofern technisch geeignet, können regenerative Baustoffe (z.B. Holz) die ökologisch günstigere Alternative sein. Aber auch bei der Stahl-Betonbauweise bieten sich Einsparpotentiale, bei Stahlbetondecken können z.B. durch das Cobiax-System sowohl der Beton- als auch der Stahlverbrauch reduziert werden.

Quellen

- eco-devis Nr. 321 „Montagebau in Stahl“, Nr. 313 „Beton- und Stahlbetonarbeiten, Bern 2000
- Umweltbundesamt (Hrsg.): Stoffflussbezogene Bausteine für ein nationales Konzept der Nachhaltigen Entwicklung, Berlin 1999

Die vorliegenden Datenblätter wurden mit freundlicher Genehmigung des Blok Verlag dem Buch "Nachhaltiges Bauen in der Praxis" entnommen.

Verfasser der Baustoff-Datenblätter:
Bernhard Kolb, seit über 30 Jahren tätig im Bereich energieeffizientes und nachhaltiges Bauen. Zahlreiche Veröffentlichungen zum Thema.

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