Wälder, Klima und wie das Bauen mit Holz damit zusammenhängt
Forschungsprojekt Mass Timber

Bewertung der Klima- und Waldauswirkungen des Bauens mit Massivholz

Der Klimawandel ist die dringendste Umweltherausforderung der Welt. Jüngste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass natürliche Klimalösungen (NCS) 30% oder mehr der zur Erreichung der Ziele des Pariser Abkommens bis 2030 erforderlichen Abschwächung liefern könnten, wobei die Wiederaufforstung möglicherweise die größte NCS-Chance bietet. Die Erschließung dieses Potenzials impliziert jedoch die Wiederaufforstung von Hunderten von Millionen Hektar im nächsten Jahrzehnt.
Da das Interesse an einer stärkeren Wiederaufforstung gewachsen ist, hat sich die Aufmerksamkeit zunehmend dem Potenzial einer erhöhten Nachfrage nach Holzprodukten zugewandt, um Anreize für eine stärkere Wiederaufforstung zu schaffen. Gleichzeitig könnte der Ersatz alternativer Materialien durch Holzprodukte die industriellen Materialflüsse entkarbonisieren und Kohlenstoff in langlebigen Stoffen speichern. Besonderes Augenmerk wurde auf das Potenzial von Massivholz (einschließlich Brettsperrholz (CLT), Brettschichtholz (GLT)) gelegt, das den Bau von Hochhäusern mit Holz ermöglicht. Die Produktion von Beton und Stahl macht derzeit etwa 11 % der jährlichen globalen Treibhausgasemissionen aus, und der weltweite Gebäudebestand (die Hauptverwendung von Beton und Stahl) wird sich in den nächsten 40 Jahren voraussichtlich verdoppeln, wobei der größte Teil dieses Wachstums im globalen Süden auftreten wird. Massivholz bietet eine potenziell attraktive Alternative, bei der neue Gebäude mit deutlich reduzierten Emissionen errichtet werden, große Mengen an Kohlenstoff gespeichert werden und die Wiederaufforstung vorangetrieben wird indem mehr Holz verlangt wird.

Vielfältige Auswirkungen auf Wälder und Klima

Die Auswirkungen einer stärkeren Nutzung von Holzprodukten auf Wälder und Klima sind jedoch komplex. Während die Klimawirkungen von Beton und Stahl in der Regel als Emissionen berechnet werden, die mit den für ihre Gewinnung, Verarbeitung und den Transport verwendeten Geräten verbunden sind (häufig als inkorporierte Emissionen bezeichnet), kann die Nutzung von Waldprodukten mehrere Auswirkungen haben:

• Veränderungen des Waldkohlenstoffbestands: Geringfügige Veränderungen auf den Märkten für Forstprodukte können zu einem Anstieg des Waldkohlenstoffbestands (durch Aufforstung oder längere Umtriebszeiten), zu einem Rückgang des Waldkohlenstoffbestands (durch Förderung der Waldumwandlung, Entwaldung oder kürzeren Umtiebszeiten) führen oder haben keine nachweisbare Änderung der Kohlenstoffbestände im Wald (zur Folge.
• Inkorporierter Kohlenstoff: Die Ernte, der Transport und die Produktion von Forstprodukten können höhere oder niedrigere Emissionen (inkorporierter Kohlenstoff) aufweisen als alternative Materialien, wodurch ein negativer, neutraler oder positiver Beitrag zu den allgemeinen Klimaauswirkungen ihrer Nutzung geleistet wird.
• Energiemix: Ein erheblicher Teil der mit der Herstellung von Holzprodukten verbundenen Emissionen ist häufig auf die Verbrennung von Holzbiomasse (Sägemehl, Holzspäne und andere Abfallstoffe) zurückzuführen, einer potenziell erneuerbaren Brennstoffquelle, und nicht auf fossile Brennstoffe.
• Kohlenstoffspeicherung in Holzprodukten: Waldprodukte können Kohlenstoff über einen längeren Zeitraum speichern (wie bei Holzmöbeln, Türen oder Gebäuden) oder sofort Kohlenstoff abgeben (wie bei Bioenergie) oder etwas dazwischen (wie Papier).
• End-of-Life (EoL): Während viele Materialien am Ende ihrer Lebensdauer auf Mülldeponien oder in Verbrennungsanlagen entsorgt werden, kann Holz wiederverwendet werden (z. B. Holzbretter, die aus einem Gebäude für die Verwendung in einem anderen geborgen wurden) oder Ersatz für Energie sein (z. B. Holzbretter, die aus einem Gebäude geborgen und zur Erzeugung von Bioenergie verbrannt wurden.

Die Abschätzung der Gesamtauswirkung der Nutzung von Holzprodukten auf den Klimawandel erfordert ein Verständnis all dieser Faktoren. Derzeit sind jedoch nur wenige Informationen verfügbar, um Entscheidungsträger über (i) das potenzielle Ausmaß der Minderung des Klimawandels (climate mitigation) zu informieren, das durch eine stärkere Nutzung von Holzprodukten erreicht werden könnte, (ii) die Risiken, die mit einer erhöhten Nachfrage nach Holzprodukten verbunden sind (z. B. das Risiko, dass eine erhöhte Nachfrage Walddegradation oder Entwaldung vorantreibt), (iii) Faktoren oder Bedingungen die positive Auswirkungen verstärken oder negative Auswirkungen auf Wälder und Klima verringern, und (iv) Maßnahmen, die ergriffen werden könnten, um den Nutzen zu maximieren, Risiken zu minimieren und vor unerwünschten Ergebnissen zu schützen.

Globale Folgenabschätzung für Massivholz

Um die möglichen Auswirkungen einer stärkeren Nutzung von Waldprodukten auf Wälder und Klima zu bewerten, initiierte The Nature Conservancy (TNC) – eine global agierende nordamerikanische NGO – ein Forschungsprogramm zur Untersuchung der Klima- und Waldauswirkungen von Gebäuden mit Massivholz. Da nur sehr starke Anstiege der Penetrationsrate von Massivholz im Bausektor möglicherweise einen Unterschied für das Klima bewirken können, ist die Studie global ausgerichtet und versucht, Szenarien zu bewerten, in denen Schlüsselregionen (Europa, China, Südkegel des Südens) Amerika, USA) beginnen 25% -90% der Neubauten mit Massivholz zu bauen. Da große Änderungen der Nachfrage nach Holzprodukten sowohl den lokalen als auch den globalen Handel und damit auch die lokale und globale Waldbewirtschaftung beeinflussen können, werden Änderungen der Nachfrage anhand des Global Forest Products Model (GFPM), eines globalen Waldes, bewertet.

Das gegenständliche Forschungsprojekt besteht aus fünf Arbeitsphasen:

• Phase 1: Vergleichende Ökobilanzen (LCAs) von funktional äquivalentem Massivholz und konventionellen Gebäuden in ausgewählten Regionen weltweit.
• Phase 2: Regionale Bedarfsanalysen zur Erweiterung der Ergebnisse einzelner Gebäude-Ökobilanzen, um die bei die Herstellung emittierten Treibhausgase, die Kohlenstoffspeicherung und Änderungen des Holzbedarfs bei unterschiedlichen Niveaus der Holzdurchdringung, abzuschätzen.
• Phase 3: Globale Handelsmodellierung, um abzuschätzen, wie sich Änderungen der Nachfrage nach Forstprodukten, die mit einer erhöhten Durchdringung von Massivholz in jeder Region verbunden sind, direkt und indirekt auf die globalen Handelsströme mit Forstprodukten auswirken.
• Phase 4: Modellierung von Waldregionen, bei denen in Phase 3 festgestellt wurde, dass sie wahrscheinlich von einem signifikanten Anstieg oder Rückgang der Nachfrage nach Waldprodukten betroffen sind, um wahrscheinliche Änderungen der Waldfläche, des Kohlenstoffbestands im Wald, der Waldstruktur und anderer für die Bestimmung wichtiger Variablen zu bewerten.
• Phase 5: Integration der Ergebnisse der Phasen 1 bis 4 zur Abschätzung der Gesamtauswirkungen unterschiedlicher Massivholznutzung in den ausgewählten Regionen auf Klima und Wälder, einschließlich der Ermittlung potenzieller Risiken damit verbundener Schutzmaßnahmen und verbesserter Faktoren oder Bedingungen.

Referenzgebäude Mitteleuropäische Region in Wien

Das vom IBO ausgewählte Referenzgebäude für die Region Mitteleuropa ist ein mehrgeschoßiges Gebäude mit bis zu 8 Stockwerken in 1100 Wien, mit 2 Stockwerken zur gewerblichen Nutzung. Der Rest des Gebäudes besteht aus Wohnungen. Es ist ein konventionelles Gebäude mit Flachdächern, die teilweise als private und kollektive Terrassen genutzt werden. Für dieses Gebäude ist eine vollständige Dokumentation einschließlich Bauplänen verfügbar.
Das Gebäude besteht aus konventionellen Materialien wie etwa Stahlbeton. Es wird im Rahmen des Forschungsprojekts in seinen Umweltauswirkungen mit einem virtuell gestalteten Gebäude aus Massivholz (hauptsächlich CLT) mit gleicher Größe, Grundfläche und gebäudephysikalischen Eigenschaften verglichen, das eine hypothetische Baugenehmigung bei gleicher Größe (vergleichbare Brand-, Wärme-, Schall- und statische Eigenschaften) erhalten könnte.
Die Ergebnisse der Berechnung des GWP der beiden Gebäude aus Beton und Massivholz sind inAbbildung 1 zu sehen. Im Allgemeinen weist das Massivholzgebäude in allen Lebenszyklusphasen ein niedrigeres GWP auf. Bei Betrachtung der Ergebnisse für den gesamten Lebenszyklus einschließlich D ist der Energieverbrauch während der 100-jährigen Lebensdauer des Gebäudes die dominierende Auswirkung auf das GWP, obwohl eine effiziente Wärmepumpe eingesetzt wird und der österreichische Strommix relativ sauberen Strom liefert (viele Wasserkraftwerke).

Abgesehen vom dominanten Einfluss der Energieversorgung fällt das meiste GWP bei der Herstellung der Baumaterialien an. Kaum relevant ist der Ein- bzw. Aufbau und vollkommen vernachlässigbar ist der Einfluss der Karbonatisierung von CO₂ durch den Beton (weder im Betonbau noch im Massivholzbau) während der hundert jährigen Nutzungsdauer.

Dynamische LCA

Ein weiterer interessanter Aspekt ist die Betrachtung der tatsächlichen Vorgänge bezüglich der Treibhausgase in der Atmosphäre. Nach den aktuellen Berechnungsmethoden werden die Treibhausgasemissionen immer nur punktuell in der jeweiligen Lebenszyklusphase betrachtet. Dies bildet wohl, aufgrund der Normierung auf CO₂, die Wirksamkeit des jeweiligen Gases ab, nicht aber die tatsächlichen Wirkungen in der Atmosphäre aufgrund der ganz unterschiedlichen Verweildauer der relevanten Stoffe. So bleibt CO₂ bis zu 500 Jahre bestehen, während beispielsweise Wasserdampf, obwohl viel treibhauswirksamer, im Schnitt bereits nach 9 Tagen aus der Atmosphäre verschwunden ist. Die Methode der dynamischen LCA, entwickelt an der École Polytechnique Montreal in Kanada, berücksichtigt den jeweiligen Zeitpunkt der Emission mit den entsprechenden Auswirkungen und vermittelt daher auch ein wesentlich besseres Bild der Klimawirksamkeit von Maßnahmen. Auch die internationale Normung wird sich früher oder später dieser oder ähnlicher (genauerer) Methoden nicht verschließen können.