Studie: Kupfer hilft bei Reduzierung von Kohlenstoffemissionen

Wie und womit werden wir bauen in den kommenden Jahren, um den ökologischen Fußabdruck möglichst gering zu halten?

Es gibt eine Menge Ansätze, denen allen eines zu eigen ist: Eine möglichst differenzierte Betrachtung der Umweltauswirkungen, den der Einsatz eines bestimmten Produktes hat. Diesmal geht es um den Vergleich von Kupfer- und Kunststoff-Rohrleitungen.

Es ist dem Menschen eigen, zu bewerten und zu vergleichen. Bei der Apfelauswahl an der Gemüsetheke des Supermarktes nicht minder als im alltäglichen Handwerksgeschäft, wenn die nächste Sanitär- oder Heizungsinstallation ansteht. Typischer- und beispielsweise also ist die Frage zu beantworten, ob wohl ein Rohrleitungsnetz aus Kupfer oder doch besser aus Kunststoff- bzw. Mehrschichtverbundrohr fürderhin die Bedürfnisse der Nutzerinnen und Nutzer am besten werde erfüllen können. Natürlich spielen dabei auch die individuellen Installationspräferenzen des ausführenden Fachmanns mit dem Eckring auf der Brust eine Rolle, oder die jeweiligen Wasserqualitäten, oder die Verfügbarkeit der verschiedenen Rohrleitungssysteme, und nicht zuletzt der Preis – aber am Ende bleibt eines: Es muss bewertet und eine Wahl getroffen werden; idealerweise, ohne Äpfel und Birnen zu vergleichen ... Diese Entscheidung ist, schaut man auf die geforderte (und ökonomisch wie ökologisch wünschenswerte) Langzeitbeständigkeit solcher Installationen von 50 Jahren und mehr, alles andere als trivial. Denn per­spektivisch wird – über die genannten Kriterien hinaus – politisch gewollt bekanntermaßen die Wiederverwertbarkeit einmal verbauter (und wieder zurückgewonnener) Materialen eine immer größere Rolle spielen. Dem Bauherr oder Erwerber einer Immobilie könnte bildlich gesprochen in einigen Jahrzehnten also durchaus heftig auf die Füße fallen, wenn er heute vermeintlich preiswert baut – und die Bilanz-Position „Recycelbarkeit“ maßgeblicher Objektbestandteile ihm dann irgendwann einen gewaltigen Strich durch die (Kosten-)Rechnung macht ...

Dass der Gebäude- und Bausektor dabei zunehmend in den Fokus gerät, neben dem Sektor Verkehr, liegt insofern nahe, als er jährlich etwa 35 Prozent des Endenergieverbrauchs und rund 40 Prozent der weltweiten CO2-Emissionen ausmacht: Der Gebäudebetrieb ist für 28 Prozent der jährlichen Emissionen verantwortlich, weitere elf Prozent entfallen auf die Herstellung von Baumaterialien und die Konstruktion. Umso wichtiger ist in diesem Zusammenhang die Betrachtung von Baumaterialien wie Kupfer- und Kupferlegierungen in Hinblick auf ihre Nachhaltigkeit – und das nicht nur durch die Entwicklung neuer Werkstoffe, sondern auch durch die Überprüfung bereits bestehender Systeme.

Grund genug für die International Copper Association (ICA), im Rahmen eines Forschungsprojektes in Zusammenarbeit mit der Organisation Sphera, die Umwelt- und Emissions-Auswirkungen von drei Trinkwasserrohrsystemen – Kupfer, Kunststoff-Mehrschichtrohre (PEX-Al) und kunststoffvernetztem Polyethylen (PEX) – zu vergleichen. Sphera führte eine Lebenszyklusanalyse (LCA) mittels eines wissenschaftlichen Ökobilanzvergleichs gemäß ISO14040 durch, um zu ermitteln, wie sich die Produktion, die Lebensdauer und das Lebensende ([EoL]-Phasen) der Materialien auswirken.

Basis dieser Studie, die für den Kupferverband durch Dr. Ladji Tikana mitbegleitet wurde, war dabei die Sanitärinstallation einer typischen 100 m2-Wohnung . Untersucht und analysiert wurden neben den notwendigen Rohrleitungsinstallationen auch die üblichen Systemkomponenten, wie zum Beispiel Armaturen und Verbindungsstücke. „Außerdem haben wir die Zusammensetzung der Materialien, ihre Eigenschaften, ihre Herstellungsverfahren und das jeweilige Recyclingpotential verglichen“, so Dr. Tikana – der sehr genau um die Schwierigkeiten derartiger Systemvergleiche weiß und im Rahmen der Vorstellung der Studie entsprechend wiederholt betonte: „Die Studie wurde in Übereinstimmung mit ISO14040/44 durchgeführt, und folgte den Richtlinien EN15804 der Umweltproduktdeklaration (EPD). Die Analysen der drei Systeme wurden in Module gegliedert: A (A1-A5), die das Produktstadium und den Konstruktionsprozess abdeckten, C (C1-C4), in denen das Ende des Lebenszyklus der Materialien untersucht wurde, und D, in dem der ,Nutzen jenseits der Systemgrenze‘ (zum Beispiel potentielle Auswirkungen auf das Recycling) im Vordergrund stand. Bei der Beurteilung der drei Installationssyteme wurden die zehn Wirkungskategorien der europäischen Norm für die Erstellung von EPDs für Bauprodukte zugrunde gelegt.“

Das Ergebnis der Studie: Im Vergleich zu Systemen aus Kunststoff (PEX-Al und PEX) zeigen die Ergebnisse der Ökobilanz, dass Kupferrohrsysteme für den Transport von Flüssigkeiten in Gebäuden (z. B. Trinkwasser, Heizung, Kältemittel, Gase) besser für das Erreichen der Dekarbonisierung geeignet sind. Gleichzeitig deuten die Daten „jedoch auf ein höheres Versauerungspotential und einen höheren Wasserverbrauch für Kupfer in den Lebenszyklusphasen A1 (Rohmaterial) - A3 (Produktherstellung) im Vergleich zu den Kunststoffsystemen hin,“ relativierte Tikana das Ergebnis ein wenig: „Daher müssen für eine optimale Performance von Kupfersystemen in diesen Bereichen Verbesserungen vorgenommen werden, obwohl die vergleichbaren Auswirkungen bei Berücksichtigung der Recyclingfähigkeit ausgeglichen werden.“ Denn im Gegensatz zu den Kunststoffsystemen habe nur das Kupfersystem eine garantierte Kreislauffähigkeit der Materialien.

Kreislauffähigkeit entscheidender Faktor

Diese Kreislauffähigkeit von Kupfer, also die Wiederverwertbarkeit des Materials, wird zukünftig immer wichtiger, um den bislang schier endlosen Verbrauch wertvoller Ressourcen einzudämmen: „Wiederverwenden statt Verschwenden“ würde unmittelbar zu einer signifikanten Verringerung der Umweltauswirkungen von Gebäuden führen, weil jedes Kilogramm eines recyclefähigen Rohres eben nicht mehr als Rohstoff aus irgendeiner Mine in Chile gewonnen oder aus Erdöl (energie-)aufwändig hergestellt werden muss ... Laut ICA-Studie weisen hierzu „beide PEX-basierten Kunststoff-Systeme nur in den Kategorien Stromerzeugung und Wärmeenergie geringfügig eine Verringerung der Umweltauswirkungen auf, was auf die eher ineffiziente Verbrennung der Kunststoffsysteme am Ende ihrer Lebensdauer zurückzuführen ist. Daher sei die Rückgewinnung von Kupfer am Ende der Lebensdauer des Systems entscheidend, um das Potential von Kupfer als umweltfreundliches Material der Wahl für den Bausektor zu maximieren“, so Tikana. Die komplette Studie ist auf der Webseite: www.copperalliance.org/resource zu finden.

Kreislaufwirtschaft – aber mit weniger Blei

So positiv dieses Studienergebnis für die Hersteller von Baumaterialien aus Kupfer auch ist („Das recht eindeutige Ergebnis für Kupfer hat uns alle überrascht“, sagt Michael Sander, Geschäftsführer des Kupferverbandes), so steht die nächste Herausforderung dennoch schon wieder vor der Tür: die weitere Reduzierung des Blei-Gehalts im Kupfer. Denn Blei ist zwar, gerade als Legierungselement, ein technischer Alleskönner, birgt aber gesundheitliche Risiken, wenn es in nennenswerter Menge aufgenommen wird. Ob dafür die Blei-Migration beispielsweise aus Armaturenwerkstoffen ausreicht, sei an dieser Stelle dahingestellt. Aber über die Trinkwasserrichtlinie (TrinkwV) wurde und wird der zulässige Grenzwert sukzessive abgesenkt – und seitens der Kupferindustrie entsprechend intensiv nach bleifreien Lösungen gesucht. Auf europäischer Ebene wurde dafür sogar ein neuer Zusammenschluss gegründet, die Lead Free Brass Initiative (www.leadfreebrass.org).

Dr. Klaus Ockenfeld vom Kupferverband: „Seit vielen Jahren entwickelt die europäische Messingindustrie bereits neue Legierungen und ändert die Zusammensetzung bestehender Legierungen, um die strengen Anforderungen der Aufsichtsbehörden zu erfüllen, die eine sichere Trinkwasserversorgung der Verbraucher gewährleisten sollen. Die europäische Messingindustrie will über die Lead Free Brass Initiative weiterhin sicherstellen, dass Kupferlegierungen nicht nur in der Sanitärtechnik, sondern auch darüber hinaus eingesetzt werden, denn die Verwendung von Blei wird immer strenger geregelt und beschränkt.“

Wie groß die Herausforderung dabei ist, macht eine Zahl deutlich: Seit der Jahrtausendwende wurde der Grenzwert von Blei im Trinkwasser von 45 μg/l kontinuierlich abgesenkt – bis 2036 auf maximal 5 μg/l, gegenüber den heute zulässigen 10 μg/l. Ockenfeld: „Wenn die derzeitige Aufteilung von 50:50 zwischen der Hausinstallation und dem Wasserwerk / Versorgungsunternehmen beibehalten wird, dürfen 2,5 μg/l Blei im vom Versorgungsunternehmen gelieferten Wasser und eine entsprechende Menge in der Hausinstallation enthalten sein.“ Dort könne man aber nicht einfach Blei aus den für Rohre oder Armaturen eingesetzten Kupferlegierungen komplett weglassen, so Ockenfeld weiter, denn „es gibt ein Spannungsfeld, um die Verwendung von Blei in wichtigen Messingprodukten zu minimieren und gleichzeitig die wertvollen physikalischen Eigenschaften der derzeit verwendeten Legierungen, zum Beispiel die Bearbeitbarkeit, zu erhalten. Aus diesem Grund gibt es Maßnahmen der Industrie zum Aufbau eines nachhaltigen bleifreien Messingmarktes, der auch die Produktspezifika berücksichtigt.“

Ein Hauptziel der neuen Initiative der europäischen Kupfer-Halbzeugindustrie sei es, die weitere Verwendung von Kupferlegierungen für die Abgabe von Trinkwasser an den Verbraucher zu sichern und die Vorschriften für Trinkwasser, insbesondere die europäische Trinkwasserrichtlinie, einzuhalten. Dazu wurde ein Fahrplan entwickelt, der verschiedene Maßnahmen umfasst. Dazu gehört die Festlegung einer Legierungsfamilie, die das Potential haben könnte, die am häufigsten verwendeten bleihaltigen Messingsorten zu ersetzen und die Beibehaltung der Recyclingfähigkeit bleihaltiger Messinglegierungen zu gewährleisten.

Womit sich – siehe oben – ein wichtiger Kreis schließt, denn wenn einzelne Legierungszusammensetzungen ohne Absprache geändert würden, um den Bleianteil zu verringern, besteht die ernste Gefahr, dass diese verschiedenen Messingtypen wiederum im Recyclingstrom inkompatibel werden. Für jede Legierung müsste es also getrennte Schrottströme geben. Das ist aber nicht praktikabel und spräche dem Ziel Hohn, möglichst viele wertvolle Baustoffe am Ende ihres Lebenszyklus einfach wiederzuverwerten. Daher warnt auch Kupferverbands-Chef Sander: „Die Kreislaufwirtschaft für Messingschrott in der EU ist zwar noch nicht ,kaputt‘, aber sie gerät zunehmend unter Druck. Die Erzeugung von Schrott und seine Wiederverwendung in Europa ist und bleibt jedoch eine Schlüsselkomponente der Kreislaufwirtschaft.“

Um eine Einheitlichkeit zu gewährleisten, hat die Lead Free Initiative deswegen vier Legierungen mit einem ähnlichen Kupfergehalt und einem geringeren Bleigehalt als die derzeit gebräuchlichen Legierungen ermittelt. Dr. Klaus Ockenfeld: „Diese vier Legierungen haben einen deutlich niedrigeren Bleigehalt als die derzeitige Spanne von 1,5 bis 3,5 Prozent. Sie basieren auf bekannten Normwerkstoffen (CW610N, CW611N, CW511L, CW727R) und sollen nach Abschluss der erforderlichen Zulassungsprüfungen (EN 15664) als CW610N-DW, CW611N-DW, CW511L-DW und CW727R-DW die bisher als 4-MSI-Metallliste bekannte Gruppe trinkwasserfähiger Legierungen ergänzen. Der Gesamt-Bleianteil in Messinglegierungen könnte bis 2035 dadurch um mehr als 70 Prozent reduziert werden, wenn man jetzt damit beginnt.“