Verwertungsstrategien für Wärmedämmverbundsysteme mit expandiertem Polystyrol

Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) bestehen aus mehreren, schichtweise verbundenen, unterschiedlichen Komponenten, die zur Dämmung und zum äußeren Abschluss von Fassaden sowohl bei Alt- als auch bei Neubauten dienen (s. Abb. 1).

Seit den 1960er-Jahren werden WDVS mit expandiertem Polystyrol (EPS) als Dämmstoff verwendet und dominieren seitdem in Deutschland den WDVS-Markt. In den letzten Jahren ist jedoch der Marktanteil anderer Dämmstoffe wie Steinwolle- oder Holzweichfaserplatten gestiegen. Aufgrund des historisch hohen Marktanteils von EPS und der damit verbundenen Relevanz hinsichtlich der zukünftigen Entsorgungsmengen liegt der Fokus der folgenden Ausführungen auf WDVS mit EPS.

Im Folgenden werden eine Prognose des zukünftigen Abfallaufkommens von WDVS mit EPS sowie ein Konzept alternativer Verwertungsstrategien dargestellt. Anschließend erfolgt eine Bewertung dieser Strategien hinsichtlich der entstehenden Treibhausgasemissionen und der Kosten.

In Deutschland wurden zwischen 1960 und 2023 rd. 1,4 Mrd. m² WDVS verbaut (LGA 2020; VDPM 2023). Systeme mit EPS als Dämmstoff haben, bezogen auf den bislang verbauten Gesamtbestand, einen Anteil von ca. 80 % (Albrecht und Schwitalla 2015). Obwohl der jährliche Marktanteil von Systemen mit EPS in den letzten Jahren rückläufig war, bleibt er, ohne Berücksichtigung der EPS-Anteile bei Perimeterdämmplatten, auf einem hohen Niveau von etwa 48 % (s. Abb. 2) (VDPM 2023).

Bauprodukte wie WDVS sind in der Regel sehr langlebig und fallen erst Jahrzehnte nach dem Einbau als Abfall an. Diese Abfallmengen werden in Deutschland z. Z. statistisch nicht separat erfasst. Daher wurde das heutige und zukünftige Abfallaufkommen auf Basis von vorliegenden Statistiken zum Inverkehrbringen von WDVS-Produkten ermittelt, wobei bei der Berechnung der Abfallmengen folgende Punkte berücksichtigt wurden:

Abb. 3 zeigt neben dem berechneten Absatz von WDVS mit EPS auch die daraus resultierenden prognostizierten Abfallmengen. Am realistischsten wird die mittlere Rückbaurate eingeschätzt, bei der eine Normalverteilung um einen Erwartungswert von 50 Jahren angesetzt wurde.

Bedingt durch Sanierungs‑/Modernisierungs- und Rückbaumaßnahmen fallen derzeit jährlich rund 100.000 Mg WDVS mit EPS an. Bis zum Jahr 2030 kann, bei einer angenommenen durchschnittlichen Rückbauaktivität, mit über 155.000 Mg Abfall an WDVS mit EPS pro Jahr gerechnet werden (Heller 2022).

Trotz der z. Z. noch eher geringen Rückbauraten stellt die Entsorgung der WDVS-Abfälle eine Herausforderung dar. Da bis 2015 fast ausschließlich EPS-Dämmplatten mit dem mittlerweile europaweit verbotenen Flammschutzmittel HBCD verwendet wurden, gilt die Regelvermutung, dass EPS-haltige WDVS-Abfälle aus heutigen Rückbaumaßnahmen überwiegend HBCD-haltig sind. Aus der EU-POP-Verordnung geht hervor, dass HBCD-haltige Abfälle so zu beseitigen oder zu verwerten sind, dass HBCD dabei zerstört oder unumkehrbar umgewandelt wird (Das Europäische Parlament und der Rat der Europäischen Union 2019). Die Zerstörung wird bei einer Mindesttemperatur der Verbrennungsgase von 850 °C und einer Verweilzeit von mindestens zwei Sekunden sichergestellt. Abfallgemische mit einer HBCD-Konzentration von mindestens 500 mg/kg (Das Europäische Parlament und der Rat der Europäischen Union 2022) fallen zusätzlich in den Anwendungsbereich der POP-Abfall-ÜberwV, infolgedessen bei der Entsorgung Nachweis- und Registerpflichten gelten (Bundesregierung D 2022).

WDVS werden zurzeit unabhängig von der Art des Rückbaus, der sowohl händisch als auch maschinell mit einem Bagger erfolgen kann, oft als Abfallgemisch entsorgt. Eine Trennung der WDVS-Komponenten in einzelne Abfallfraktionen mit unterschiedlichen Entsorgungswegen findet i. d. R. nicht statt. Eine direkte Deponierung (ohne vorgeschaltete thermische Behandlung) einer aus Putzen bestehenden Abfallfraktion scheidet aus, da die bei WDVS häufig eingesetzten Putze mit einem Glühverlust von bis zu 15 % die in der deutschen Deponieverordnung definierten Maximalwerte für den organischen Anteil überschreiten (Bundesregierung D 2021).

Zurzeit stellt in D die Entsorgung in Müllverbrennungsanlagen (MVA) für 95 % des Gesamtabfallaufkommens von WDVS mit EPS den Status quo dar (Lindner et al. 2017). Hierdurch wird sichergestellt, dass das ggf. im EPS enthaltene HBCD zerstört oder umgewandelt wird, wie ein Großversuch im Müllheizkraftwerk Würzburg gezeigt hat (Dresch 2015).

Jedoch ist einerseits der hohe Heizwert von EPS (ca. 38 MJ/kg) für den Einsatz in MVA (Auslegungs-Heizwertbereich: 10–11 MJ/kg) ungeeignet und andererseits führt der hohe Anteil an mineralischen Bestandteilen im WDVS (ca. 90 % des WDVS bestehen aus Putz und Kleber) zu einem signifikanten Anstieg des Ascheanteils und damit verbundenen zusätzlichen Kosten für die MVA-Betreiber. Zudem sind die MVA in D aktuell sowie mittel- bis langfristig weitgehend ausgelastet, wodurch WDVS-Abfälle aus Sicht eines MVA-Betreibers wirtschaftlich uninteressant sind. Dies zeigt sich in den aktuellen Entsorgungspreisen für Bau- und Abbruchabfälle mit WDVS, welche teilweise über 350 €/Mg liegen (AWISTA 2024). Laut Aussage von Marktteilnehmern verweigern einige Entsorgungsunternehmen die Annahme von EPS-haltigem WDVS-Abfall zu den Konditionen von gemischten Bau- und Abbruchabfällen, sodass in manchen Regionen unabhängig von der genauen Zusammensetzung bereits über 1750 €/Mg (AWISTA 2024) verlangt werden (Heller 2022).

Für die zukünftig steigenden Mengen an WDVS-Abfällen auf EPS-Basis werden daher neue, unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten vorteilhafte, Verwertungsstrategien benötigt.

Im Folgenden werden potenzielle alternative Verwertungswege für WDVS mit HBCD-haltigem EPS aufgezeigt und unter ökologischen (hier CO₂e‑Emissionen) sowie ökonomischen Gesichtspunkten mit dem aktuellen Entsorgungsweg (MVA) verglichen.

Angesichts der Herausforderungen des Klimawandels und der dringenden Notwendigkeit, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, führte Heller eine umfassende Bewertung verschiedener Entsorgungsstrategien für WDVS-Abfälle hinsichtlich ihrer CO₂-Emissionen durch (Heller 2022). Ziel der Untersuchung war es zudem, die wirtschaftliche Rentabilität ökologisch vorteilhafter Verfahren zu überprüfen. Dazu wurden die Kosten sowie potenzielle Einsparungen im Rahmen der Verwertungsprozesse betrachtet. Die Bewertungen basieren auf Modellierungen unter Einbeziehung von Erkenntnissen aus großtechnischen Versuchen, Datenbanken und bestehenden Lebenszyklusanalysen. Im Folgenden werden die modellierten Szenarien, grundlegende Parameter sowie die Ergebnisse dieser Betrachtungen dargestellt.

Umfangreiche Voruntersuchungen sowie ein erster praktischer Tastversuch zum Einsatz von WDVS im Zementwerk im Jahr 2022, bei dem etwa 14 Mg WDVS eingesetzt wurden, bestätigten, dass der Einsatz aufbereiteter WDVS-Abfälle ohne Betriebsstörungen und ohne negative Auswirkungen auf die Emissionen oder den Zementklinker möglich ist.

Mit dem Ziel, diesen Verwertungsweg flächendeckend zu etablieren und die Grundlagen für die administrativen Rahmenbedingungen zu schaffen, wurde im Dezember 2023 ein weiterer Versuch im großtechnischen Maßstab durchgeführt. Dabei wurden kontinuierlich über vier Tage insgesamt rd. 70 Mg (≈ 7000 m²) aufbereitete WDVS-Abfälle, einschließlich nachweispflichtigem WDVS, eingesetzt.

Das dafür von mehreren über Deutschland verteilten Baustellen stammende WDVS-Material wurde vor der Annahme anhand von Deklarationsanalysen auf mögliche Schadstoffe untersucht. Die Aufbereitung des WDVS-Materials erfolgte mit einfacher mobiler Zerkleinerungstechnik (Doppstadt AK 565 Plus, mit integrierter FE-Abscheidung) (s. Abb. 8).

Da auch ein gewisser Anteil an Aluminiumeckschienen im Material enthalten sein kann, sollte zukünftig eine NE-Abscheidung in den Aufbereitungsprozess integriert werden. Im Rahmen des Versuchs wurden vorhandene Schienen händisch aussortiert.

Das auf eine Korngröße <50 mm zerkleinerte Material wurde über die Sekundärfeuerung in das Zementwerk eingebracht. Der Prozess der Zementherstellung wurde über mehrere Tage durch umfassende Emissions- und Materialuntersuchungen einer unabhängigen und anerkannten Messstelle begleitet.

Dieser Großversuch, der in enger Abstimmung mit der zuständigen Genehmigungsbehörde durchgeführt wurde, zielte darauf ab, mithilfe der gesammelten Erkenntnisse u. a. Bilanzierungen (Emissionsmessungen und Klinkeranalyse) für ausgewählte Inhaltsstoffe (insbesondere für das in HBCD enthaltene Brom) durchzuführen sowie die bautechnische Qualität des Zementklinkers umfassend zu bewerten (die Auswertungen liegen z. Z. noch nicht vollständig vor). Darauf aufbauend wird eine Handlungsempfehlung für das Verfahren zur Verwertung von EPS-haltigen WDVS-Abfällen im Zementwerk entwickelt.

Gemäß den durchgeführten Prognosen werden die Mengen an EPS-haltigen WDVS-Abfällen zukünftig zunehmen. Die Entsorgungskapazitäten in MVA sind nicht nur stark begrenzt, es kommt regional bereits heute zu erheblichen technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen bei der Entsorgung von WDVS-Abfällen über diesen Weg. Angesichts politischer und gesellschaftlicher Anforderungen sind daher andere, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Verwertungsstrategien erforderlich.

Alternative Verwertungsstrategien wie die stofflich-energetische Verwertung in Zementwerken bieten vielversprechende Ansätze. Erste Großversuche belegen die technische Machbarkeit und zeigen, dass WDVS-Abfälle ohne negative Auswirkungen auf Emissionen oder die Qualität des Zementklinkers verwertet werden können. Zudem ermöglicht dieser Weg die stoffliche (Mineralik) und energetische (EPS‑)Verwertung, was zur Reduzierung von Primärrohstoffen beiträgt.

Die stoffliche Verwertung des im WDVS enthaltenen EPS in der Anlage von PolyStyreneLoop bietet eine zusätzliche Möglichkeit, HBCD-haltiges EPS zu recyceln und wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen. Diese Methode ist jedoch noch nicht etabliert und allein nicht ausreichend, sodass sie mit weiteren Verfahren, wie der Verwertung der mineralischen Anteile in Zementwerken, kombiniert werden muss.

Modellierungsergebnisse zeigen, dass die hier betrachteten alternativen Verwertungsstrategien im Vergleich zum Status quo zu einer deutlichen Verringerung der Treibhausgasemissionen führen, wobei die Kombination aus stofflicher Verwertung des EPS bei PS Loop und der mineralischen Fraktion im Zementwerk die größten Einsparungen bietet und gleichzeitig die gesetzlichen Anforderungen der Kreislaufwirtschaft am besten erfüllen kann.

Die kurz- bis mittelfristige Umsetzung dieses Ansatzes erscheint aufgrund der aktuell begrenzten Annahmekapazitäten der Pilotanlage in Terneuzen nicht möglich. Im Gegensatz dazu ist die ebenfalls ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Verwertung von WDVS im Zementwerk kurzfristig realisierbar. Die Erkenntnisse aus dem Großversuch 2023 bieten eine solide Grundlage für die Entwicklung von Handlungsempfehlungen für den Prozess von der Baustelle, über die Aufbereitung bis zum Einsatz im Zementwerk und ermöglichen damit einen umfassenden Verwertungsweg für WDVS-Abfälle.