Auswahl nachhaltiger Materialien mit neuartigen Baustoffen

Warum die Materialien, mit denen wir bauen, wichtig sind

Die Gebäude, in denen wir leben und arbeiten, prägen stillschweigend das Klima. Jeder Balken, jede Stütze und jede Betonplatte oder Stahlsäule steht für Energie und Emissionen, die bereits verbraucht sind, bevor jemand ein Licht oder eine Heizung einschaltet. Während Architekten und Ingenieure immer besser darin werden, den täglichen Energieverbrauch von Gebäuden zu senken, rückt der versteckte Klimaeinfluss, der in den Baustoffen selbst steckt, zunehmend in den Fokus. Dieser Artikel untersucht, wie der Wechsel von konventionellen zu neuen Baustoffen den CO2‑Fußabdruck der gebauten Umwelt drastisch reduzieren könnte.

Von Energieverbrauch zu versteckten Bauemissionen

Jahrzehntelang richtete sich die Aufmerksamkeit im nachhaltigen Bauen vor allem auf die „betrieblichen“ Emissionen: den Brennstoff‑ und Strombedarf für Heizung, Kühlung, Beleuchtung und Geräte. Dank besserer Dämmung, effizienterer Systeme und mehr erneuerbarer Energie sinken diese Emissionen langsam. Was jedoch hartnäckig hoch bleibt, ist das „eingebettete“ CO2 – die Treibhausgase, die bei der Gewinnung von Rohstoffen, deren Verarbeitung in Fabriken, dem Transport und dem Zusammenbau zu Bauwerken freigesetzt werden. In vielen Neubauten, insbesondere in Ländern wie dem Vereinigten Königreich, machen eingebettete Emissionen bereits weit über die Hälfte des lebenszyklusbezogenen Klimaeinflusses aus. Da Baustoffe wie Beton, Stahl und konstruiertes Holz den Großteil der Bauwerksmasse ausmachen, dominieren sie auch diese versteckte CO2‑Bilanz und bieten die größte Möglichkeit zur Reduktion.

Neue Materialien im Baukasten der Baubranche

Die Autoren stellten einen umfangreichen Datensatz mit 409 verschiedenen Baustoffen zusammen und unterteilten diese in traditionelle Optionen und „aufkommende“ Werkstoffe, die noch nicht breit eingesetzt werden. Dazu gehören neue Betone, die gewöhnlichen Zement durch Mischungen aus Kalkstein und Ton, industrielle Nebenprodukte oder magnesiumbasierte Bindemittel ersetzen; leichte Zuschlagstoffe aus Abfallaschen und karbonatisierten Rückständen; sowie eine wachsende Familie konstrukturierter Holzprodukte wie Brettsperrholz, verleimter Bambus und verdichtetes Holz. Für jeden Werkstoff erfassten sie bis zu 21 unterschiedliche Eigenschaften – von Steifigkeit und Festigkeit über Dichte bis hin zu Umweltwirkung. Diese Daten trugen sie in Materialauswahl‑Diagramme ein, die zeigen, wie Eigenschaften gegeneinander abgewogen werden, und helfen Designern zu erkennen, wo aufkommende Materialien die Leistung bekannter Materialien erreichen oder erweitern können.

Festigkeit, Leichtbau und CO2 im Vergleich

Die Studie zeigt, dass viele Materialien der nächsten Generation bereits in grundlegenden technischen Eigenschaften mit konventionellen Werkstoffen mithalten oder diese übertreffen. Mehrere neue Betonvarianten erreichen ähnliche Steifigkeit und Druckfestigkeit wie herkömmlicher Zementbeton und können somit sicher dieselben Lasten tragen. Konstruktive Holzprodukte – einschließlich Brettschichtholz, strukturverleimtes Holz und Bambus – erreichen oft die Festigkeit und Steifigkeit standardmäßigen Leimholzprodukten oder übertreffen diese. Verdichtetes Holz kann besonders hohe Festigkeitswerte erzielen. Gleichzeitig sind viele dieser Materialien leichter als ihre konventionellen Pendants, was die insgesamt zu produzierende und zu transportierende Masse reduziert. Die Autoren heben jedoch eine große Datenlücke hervor: Bei weniger als einem Drittel der untersuchten Materialien lagen verlässliche Zahlen zum eingebetteten CO2 vor, und bei weniger als einem Zehntel gab es Daten zum eingebetteten Energieaufwand, was eine vollständige Bewertung ihrer Umweltvorteile erschwert.

Träger, Stützen und der Klimavorteil

Um die Bedeutung dieser Zahlen in der Praxis zu demonstrieren, führten die Forschenden zwei vereinfachte Bemessungsaufgaben durch: eine für einen Deckenbalken und eine für eine vertikale Stütze. Jedes Bauteil wurde so bemessen, dass es denselben statischen Anforderungen – Spannweite, Last und Sicherheit – entsprach, während das Material variieren durfte. Beim Vergleich der gesamten eingebetteten CO2‑Werte für äquivalente Balken schnitten wiederverwendeter Stahl und konstruiertes Holz am besten ab. Wiederverwendete Stahlträger, die aus geborgenen Abschnitten gefertigt, gereinigt und für die erneute Nutzung zertifiziert wurden, emittierten nur etwa 3–5 Prozent des CO2 im Vergleich zu Trägern aus neuem Stahl. Hölzer wie Brettsperrholz oder Brettschichtholz sowie Bambus zeigten ebenfalls starke Reduktionen gegenüber traditionellem Stahl und Beton. Für Stützen ergaben sich ähnliche Muster: Wiederverwendeter Stahl und konstruiertes Holz lieferten erneut das niedrigste eingebettete CO2, während neuere niedrig‑kohlenstoffige Betone konventionelle Zementmischungen übertrafen, aber dennoch hinter den besten Optionen zurückblieben.

Was das für zukünftige Gebäude bedeutet

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass bereits eine solide technische Grundlage existiert, um hoch‑kohlenstoffhaltige Materialien durch kohlenstoffärmere Alternativen in tragenden Hauptfunktionen zu ersetzen – vor allem durch die Wiederverwendung von Stahl und die Ausweitung des Einsatzes von konstruiertem Holz und Bambus. Ihre Datenbank zeigt, dass viele aufkommende Materialien gleiche Festigkeit und Steifigkeit bieten können und gleichzeitig den Klimaeinfluss stark reduzieren. Trotzdem wird der Fortschritt durch Lücken in den Umweltdaten, begrenzte Prüfungen und Zertifizierungen sowie durch eine mangelnde Integration dieser Materialien in gängige Planungswerkzeuge und Normen gebremst. Durch das systematische Sammeln und Vergleichen von Materialeigenschaften bietet diese Arbeit Planern und politischen Entscheidungsträgern eine klarere Übersicht über die heute verfügbaren Optionen und macht deutlich, wo bessere Daten und Unterstützung erforderlich sind, damit kohlenstoffarmes Bauen die Regel statt die Ausnahme wird.

Zitation: Burdett, S., Arora, M. & Myers, R.J. Sustainable materials selection with emerging structural materials. npj Mater. Sustain. 4, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s44296-026-00099-7

Schlüsselwörter: eingebettetes CO2, niedrig‑kohlenstoffhaltiger Beton, konstruiertes Holz, wiederverwendeter Stahl, nachhaltige Baustoffe