Nachhaltige Häfen & Ökobilanzierung

1. Einleitung

Eine Fallstudie zum Vergleich der Bauweisen für einen 200 Meter langen Kreuzfahrtterminal in Antwerpen, Belgien, wurde von Tractebel Engineering durchgeführt. Die Studie analysierte Stahlspundwände (SSP), Schlitzwände (D-Wall) und Decks auf Pfählen unter Berücksichtigung der Baukosten, der Ausführungsgeschwindigkeit, der Kapitalrendite und der Szenarien für das Ende der Lebensdauer. Die mit Standardstahlprofilen konstruierte SSP-Wand erwies sich als 20 % kostengünstiger als die D-Wall. Daher konzentrierte sich die Ökobilanz (LCA) auf SSP- und D-Wall-Lösungen, wobei die Nachhaltigkeit anhand der niederländischen Monetarisierungsmethode mit Schwerpunkt auf dem Treibhauspotenzial (GWP) bewertet wurde. Die von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von ArcelorMittal durchgeführte und von Fachkollegen überprüfte LCA kam zu dem Schluss, dass Schwankungen bei den Schlüsselparametern nur begrenzte Auswirkungen auf die Ergebnisse hatten, was die ersten Ergebnisse bestätigte.

2. Ziel, Umfang und Annahmen

Ziel der Studie

Die Studie, die gemäß ISO 14040 und ISO 14044 durchgeführt wurde, bewertet die CO2-Äquivalent-Emissionen zweier Kaimauerlösungen anhand einer Ökobilanz (LCA). Der Schwerpunkt liegt auf den Gesamtlebenszykluskosten, einschließlich Faktoren wie Abbruch, Verwertung, Wiederverwendung, Recycling und Deponierung. Der Bericht richtet sich an private Investoren, Behörden, Ingenieure und Architekten und präsentiert komplexe LCA-Ergebnisse in einem einfachen und übersichtlichen Format.

Infrastruktur Beschreibung und Annahmen

Die Konstruktion entspricht den europäischen Normen, wobei die geotechnischen, Stahlspundwand- und Betonwandkonstruktionen auf den einschlägigen EN-Normen basieren. Zur Kostenkontrolle werden landgestützte Geräte eingesetzt. Die Annahmen gehen von einer Nutzungsdauer von 50 Jahren ohne größere Instandhaltungsmaßnahmen aus, wobei Parameter wie Korrosion, Korrosionsschutz und Szenarien für das Ende der Lebensdauer berücksichtigt werden.

Umweltindikatoren

Die Umwelteinwirkungen werden auf der Grundlage der EN 15804 unter Verwendung der CML 2001-Methodik charakterisiert. Als primärer Indikator für CO2-Äquivalentemissionen wird das Treibhauspotenzial (GWP) verwendet, das gemäß EN 15804 auf der Grundlage des IPCC 2007 berechnet wird. Für Stahldaten wird eine physikalische Zuordnungsmethode angewendet. Die Studie dient als Bewertung des CO2-Fußabdrucks, wobei der Schwerpunkt auf dem GWP zur Quantifizierung der Emissionen liegt.

Funktionseinheit

Die LCA umfasst die gesamte 200 m lange Kaimauer über einen Zeitraum von 50 Jahren und berücksichtigt die Anforderungen an die Stützwand und das Fundament.

3. Methodik

Datenerhebung

Die Studie priorisierte aktuelle, relevante Quellen und verwendete Umweltproduktdeklarationen (EPDs) gemäß EN 15804, die in der IBU registriert sind, sowie die Gabi-Datenbank 2018 für Transport- und Baustellenprozesse. Die Daten für Stahlspundbohlen stammen aus der EPD EcoSheetPiles™ von ArcelorMittal, wobei die Werte an projektspezifische Annahmen angepasst wurden. Bewehrungsstahl und andere Stahlelemente stammen aus europäischen Walzwerken, während die Daten für Beton aus Werken in der Nähe des Hafens von Antwerpen stammen.

Transport

Die Umweltauswirkungen der Verkehrsträger wurden der Gabi-Datenbank 2018 entnommen, wobei Annahmen für die mit Bahn und Lkw zurückgelegten Strecken für verschiedene Materialien getroffen wurden.

Verfahren am Ende der Lebensdauer

Stahlspundbohlen wurden als vollständig wiederverwertbar angenommen, mit Szenarien für Recycling und Deponierung. Schlitzwände waren teilweise wiederverwertbar, was zu unterschiedlichen Szenarien für das Ende der Lebensdauer führte.

Stückliste

Die Stückliste umfasste verschiedene Posten wie Mobilisierung der Ausrüstung, Materialmenge, Bauarbeiten und Entsorgung, die im LCA-Bericht detailliert aufgeführt sind. Das Gesamtgewicht unterscheidet sich zwar zwischen den Stützwänden, wird jedoch nicht als Umweltkriterium berücksichtigt.

Systemgrenze

Die Umwelteinwirkungen wurden für verschiedene Phasen berechnet: Produktion, Transport, Bau, Abbruch und Ende der Lebensdauer, mit Ausnahme von Phase B. Die Baustellenvorbereitung und die Installation wurden in Phase A5 getrennt. Einige Elemente wie der Dieselverbrauch für die Installation der Ausrüstung wurden aufgrund fehlender zuverlässiger Daten nicht berücksichtigt.

Monetarisierung

Die Monetarisierung entspricht zwar nicht den ISO-Normen, wird jedoch in Belgien und den Niederlanden verwendet, um die Position der Wirtschaftsakteure zu Fragen der globalen Erwärmung und Ökologie widerzuspiegeln. Bei diesem Ansatz wird den CO2-Äquivalentemissionen ein Geldwert zugewiesen und verschiedene Parameter zur Bewertung der Umwelteinwirkungen berücksichtigt.

4. Ergebnisse

Der Schwerpunkt der Studie liegt auf dem Treibhauspotenzial (GWP). Im Basisszenario weist die Spundwand mit einer Differenz von 44 % gegenüber der Schlitzwand (Beton) die geringste Umweltbelastung auf.

Der größte Unterschied zwischen den beiden Lösungen ist in den Phasen A1-A3 zu beobachten, wobei die EcoSheetPile™-Kaiwand besser abschneidet. Die Belastung in Modul D der EPD für EcoSheetPiles ist auf den Herstellungsprozess von Stahl in einem Elektroofen (EAF) zurückzuführen, der mehr Schrott erfordert als am Ende des Lebenszyklus verfügbares recyceltes Material.

Darüber hinaus tragen die Phasen A1-A3 mehr als 70 % zum gesamten Lebenszyklus bei, was ihre Bedeutung in beiden Fällen unterstreicht. Zusätzliche Indikatoren wie das Versauerungspotenzial und die abiotischen Depletionspotenzialelemente wurden analysiert und zeigen ähnliche Trends wie das GWP.

Der Vergleich der Indikatoren zeigt einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden Alternativen und rechtfertigt die Aussage, dass „die Umweltauswirkungen von Stahlspundbohlen geringer sind als die von Schlitzwänden.“ Mit einem Mindestunterschied von 10 % bei den analysierten Indikatoren bestätigt die Studie den Umweltvorteil von Stahlspundbohlen gegenüber Schlitzwänden aus Beton.

5. Sensitivitätsanalyse

Karbonatisierung von Beton in der Nutzungsphase

Die Karbonatisierung wird in Modul D berücksichtigt, jedoch in Modul B1 ausgeschlossen, da der Beton unter Wasser steht und eine Karbonatisierung während der Nutzung unwahrscheinlich ist. Eine Bewertung ergab jedoch eine Verringerung des Unterschieds zwischen Stahl- und Betonlösungen von 44 % auf 41 %.

EPD für Beton

Es wurden verschiedene Beton-EPDs bewertet, die zeigen, dass Beton mit höherer Festigkeit die Lücke zwischen Stahl- und Betonlösungen vergrößert, während Beton mit geringerer Festigkeit sie verringert. Ein Vergleich mit CEM III-Zement wurde aufgrund von Unstimmigkeiten bei der Schlackenverteilung nicht analysiert.

Szenario am Ende der Lebensdauer

Die Bewertung ignorierte den Rückbau für jede Alternative und änderte die Systemgrenzen. Diese Entscheidung wurde durch den negativen „Netto-Schrottwert“ für Stahl und die vorteilhafte Karbonatisierung für Beton am Ende der Lebensdauer beeinflusst.

Korrosionsverluste

Die genaue Vorhersage der Korrosionsverluste bei Stahl ist schwierig. Unter Verwendung der Norm EN 1993-5 ergab sich ein geschätzter Gesamtverlust von 136 Tonnen, der zu angepassten Wiederverwendungs- und Recyclingquoten führte. Selbst im Worst-Case-Szenario bleibt die GWP-Differenz von Stahl geringer als im Basisszenario.

Fazit

Die Sensitivitätsanalyse bestätigt die Ergebnisse des Basisszenarios: Betonkonstruktionen haben im Vergleich zu Stahlspundwandlösungen einen deutlich höheren GWP, der in Extremszenarien zwischen +19 % und über +76 % liegt.

6. Schlussfolgerungen, Einschränkungen und allgemeine Anmerkungen

Schlussfolgerungen Die LCA zeigt, dass eine mit Stahlspundbohlen errichtete Kaimauer einen geringeren CO2-Fußabdruck aufweist als eine gleichwertige Schlitzwand aus Beton. Das Basisszenario zeigt eine Differenz von 44 %, vorbehaltlich Parameteränderungen.

Im Vergleich zur Betonlösung (D-Wall) ist der CO2-Fußabdruck der EcoSheetPile™-Lösung (SSP) deutlich geringer. Im Basisszenario beträgt die Differenz 44 %.

Einschränkungen Sowohl die Stahl- (SSP) als auch die Betonlösung (D-Wall) sind technisch gleichwertig und so ausgelegt, dass sie während ihrer gesamten Nutzungsdauer ein ähnliches Sicherheitsniveau bieten. Die Ergebnisse sind spezifisch für diese Fallstudie und ohne weitere Analyse möglicherweise nicht auf andere Situationen übertragbar. Die LCA konzentriert sich auf den GWP, aber andere Indikatoren oder technische Aspekte können zu anderen Schlussfolgerungen führen. Lokale Bedingungen und Transportfaktoren können die Ergebnisse in anderen Kontexten erheblich beeinflussen.

Allgemeine Anmerkungen EPDs sind zwar nützlich für den Vergleich von Produkten, jedoch gibt es Unterschiede in Bezug auf Qualität und Transparenz. EPDs sollten von Umweltexperten mit Branchenspezialisierung entwickelt werden, um Genauigkeit zu gewährleisten. Generische EPDs erleichtern Machbarkeits- und Designvergleiche, für Ausschreibungsvergleiche sind jedoch spezifische EPDs unerlässlich. Produkte mit erheblichen Einwirkungen, für die jedoch keine spezifischen EPDs vorliegen, sollten angemessen bewertet werden.