Nachhaltigkeit
Nachhaltigkeit von GFK?
Die Weltkommission für Umwelt und Entwicklung definiert nachhaltige Entwicklung als „Entwicklung, die die Bedürfnisse gegenwärtiger Generationen erfüllt?
ohne die Befähigung künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu decken“. Für eine umfassende Nachhaltigkeit müssen Gesellschaft, Umwelt und Wirtschaft zusammenarbeiten. Alle drei Faktoren überlappen sich, sie interagieren miteinander, und wenn einer davon schwach ist, kann ein System nicht nachhaltig sein. Wir müssen daher unter ganzheitlichen Gesichtspunkten die verschiedenen Kräfte, Prozesse und Akteure betrachten, die ein System bilden und verstehen, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. Im Vergleich zu anderen Materialien ist die Herstellung von GFK außergewöhnlich umweltschonend und nachhaltig. Dies liegt daran, dass die Herstellung von Basisharzen und Glasfasermatten die Umwelt weniger belastet als die von Metallen wie zum Beispiel Stahl. Dank der sehr langen Lebensdauer, der hohen Qualität und der Umweltfreundlichkeit des Materials sind GFK-Produkte eine Lösung für Generationen und tragen zu jeder der drei Nachhaltigkeitssäulen bei. Was ist Nachhaltigkeit? Die Weltkommission für Umwelt und Entwicklung definiert nachhaltige Entwicklung als „Entwicklung, die die Bedürfnisse gegenwärtiger Generationen erfüllt, ohne die Befähigung künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu decken“. Für eine umfassende Nachhaltigkeit müssen Gesellschaft, Umwelt und Wirtschaft zusammenarbeiten. Alle drei Faktoren überlappen sich, sie interagieren miteinander, und wenn einer davon schwach ist, kann ein System nicht nachhaltig sein. Wir müssen daher unter ganzheitlichen Gesichtspunkten die verschiedenen Kräfte, Prozesse und Akteure betrachten, die ein System bilden und verstehen, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. Im Vergleich zu anderen Materialien ist die Herstellung von GFK außergewöhnlich umweltschonend und nachhaltig. Dies liegt daran, dass die Herstellung von Basisharzen und Glasfasermatten die Umwelt weniger belastet als die von Metallen wie zum Beispiel Stahl. Dank der sehr langen Lebensdauer, der hohen Qualität und der Umweltfreundlichkeit des Materials sind GFK-Produkte eine Lösung für Generationen und tragen zu jeder der drei Nachhaltigkeitssäulen bei.
Die lange Lebensdauer und Haltbarkeit von GFK-Produkten hat Vorteile hinsichtlich des finanziellen Geschäftsbudgets: Sie sind eine sorgenfreie, langfristige Investition und eine kosteneffektive Lösung für alle an einem Projekt beteiligten Parteien. GFK-Produkte sparen Zeit und Geld, da sie keine schweren Hebegeräte oder Schweißarbeiten auf der Baustelle erfordern. Darüber hinaus weisen sie eine außergewöhnlich lange und im Allgemeinen wartungsfreie Lebensdauer sowie niedrige Betriebskosten auf.
Quelle: Amiblu GFK Rohrssysteme
Haltbarkeit / Langlebigkeit / Wartung – GFK werden beispielsweise im Brücken- oder Hochbau eingesetzt. Dies liegt daran, dass sie witterungsbeständig sind und auch beispielsweise durch Streusalz nicht oder nur in sehr geringem Umfang „angegriffen“ werden. Aufwändige Wartungsarbeiten wie z. B. bei Stahl entfallen weitgehend.
GFK in der Infrastruktur
Ein weniger bekanntes Gebiet, in dem GFK verwendet wird, ist der Baubereich beziehungsweise konkret der Infrastrukturbereich. Auch hier zeigen sich vor allem im Bezug auf Nachhaltigkeit viele Vorteile von GFK. Im konkreten Fall geht es um die Anwendung im Brückenbau.
Generell haben GFK, wie bereits erläutert, einige typische, vor allem für das Bauwesen vorteilhafte Eigenschaften, die hier nochmal dargestellt werden sollen.
Diese Vorteile sind unter anderem:
Hohe mechanische Festigkeit bei niedrigem Gewicht - Beständigkeit gegen Korrosion und Ermüdung - Vielfältige gestalterische Möglichkeiten - Vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der Werkstoffkomponenten.
GFK-Bauteile oder sogar Komplettkonstruktionen sind aufgrund einiger dieser Eigenschaften geradezu prädestiniert für den Einsatz im Brückenbau.
Brückenkonstruktionen sind Zeit ihres Bestehens dauerhaft der Witterung und zusätzlichen Belastungen wie z. B. Streusalz im Winter ausgesetzt. Da GFK gegenüber Frost und Tau Salzen beständig ist (die mechanischen Eigenschaften werden nicht signifikant beeinflusst), zeigt sich hier ein enormer Vorteil gegenüber Stahl oder Beton, aus denen Brücken zu größten Teilen gefertigt sind. Der zweite Vorteil gegenüber herkömmlicher Bauweise besteht in dem geringeren Gewicht von GFK. Eine Kunststoffbrücke wiegt etwa vierzig Prozent einer Stahlverbundbrücke und weniger als dreißig Prozent einer Spannbetonbrücke und kann daher in deutlich größeren Längen vorgefertigt und mit dem Kran eingehoben werden.
Daneben lässt sich der Überbau, also auch die Fahrwerksdecke, bereits vormontieren, was die Aufbauzeiten insgesamt deutlich verringert und die oft vorhandenen Stauzeiten bei Neubauten oder Sanierungen verringert. Bislang werden komplette GFK-Brücken vornehmlich im Bereich von Fußgängerbrücken mit geringen Radien eingesetzt, da die Verformungssteifigkeit von GFK geringer ist als die von Stahl. Dennoch eröffnet sich in diesem Bereich ein weites Feld für zukünftige Anwendungen.
Neben den rein technischen Vorteilen gibt es aber auch in diesem Anwendungsbereich Vorteile in Bezug auf die Nachhaltigkeit.
Die oben genannte Studie, hat die Vorteile des Einsatzes von GFK-Brücken in Dronten gegenüber „herkömmlicher“ Bauweise vor allem hinsichtlich des energetischen Mehrwertes ermittelt. In der Studie wurden mehrere Indikatoren zum Vergleich herangezogen. Unter anderem sind dies:
Der „kumulative Energiebedarf beziehungsweise Energiegehalt“ - Berechnung des Energiebedarfes eines Produktes über den gesamten Lebenszyklus (Herstellung der Grund- und Rohstoffe, Herstellungsprozess, Transport sowie Nutzung und Entsorgung) Der Carbon Foot-Print (CO2-Vergleich) Berechnet wurden die Daten für eine Brücke mit einer Spannweite von 11,85 Metern und einer angenommenen „Lebensdauer“ von 100 Jahren. Daneben soll die Brücke über Wasser führen und für den Transport/Schwerverkehr geeignet sein. Die Analyse wurde unter Berücksichtigung verschiedener „Lebensphasen“ durchgeführt:
Realisierung inklusive der Grundstoffe (Herstellung der Brücke, Transport, Unterbauten etc.) - Unterhalt/Instandsetzung - Umbau und/oder Verlagerung der Brücke nach 50 Jahren (Erfahrungen zeigen, dass Brücken im Durchschnitt nach diesem Zeitraum versetzt oder komplett saniert werden müssen) - Abbau (Einfluss auf die Umwelt durch Recycling; Energiebedarf für Zerkleinerung).
Neben signifikanten Unterschieden im Gewicht, die bereits oben beschrieben sind, kommt die Studie zu folgenden Ergebnissen:
Für den Unterhalt bzw. die Instandhaltung einer CFK- oder GFK-Brücke würden im Gegensatz zu einer Beton- oder Stahlbrücke keine zusätzlichen Mittel benötigt. Aufgrund der Alterung und des Verschleißes der letztgenannten Werkstoffe würden im Laufe von 50 Jahren ca. 5% des eingesetzten Betons & der Konstruktion ersetzt werden müssen.
In Bezug auf die Langlebigkeit und des Alterungsprozesses zeigt sich ein noch deutlicheres Bild. Es wird angenommen, dass die beiden Kunststoffbrücken nach 50 Jahren problemlos versetzt werden können. Die Stahl- und Betonkonstruktionen müssten nach 50 Jahren jeweils komplett abgebaut, recycelt und an anderer Stelle neu aufgebaut werden.
Folgende Ergebnisse lieferte der bereits beschriebene Index zum kumulierten Energiebedarf. Dieser Wert beschreibt, über welchen Energiegehalt ein Produkt/Bauteil verfügt. Hierbei sind die Herstellung der eingesetzten Rohstoffe, der eigentliche Herstellungsprozess, der Transport und das Recycling (positiv und negativ) berücksichtigt.
Der „Energiegehalt“, in Gigajoule (GJ) gemessen, einer Betonbrücke beträgt demnach bei dem 100-jährigen Lebenszyklus
1978 GJ -- Die Stahlbrücke verbraucht nochmal deutlich mehr Energie, nämlich 3380 GJ -- Den geringsten Energiebedarf würde hier die GFK-Brücke mit rund 652 GJ benötigen.
Als nächster Indikator wurde in der Studie der sogenannte Carbon-Footprint der vier Alternativen berechnet. Dieser summiert in Form einer Bilanz die Treibhausgas-Emissionen entlang eines Lebenszyklus auf. Zur besseren Vergleichbarkeit werden die Treibhauspotentiale eines Gases in CO2-Äquivalente umgerechnet. Diese Berechnung lieferte die folgenden Ergebnisse:
Eine GFK-Brücke setzt über ihren gesamten Lebenszyklus 75 Tonnen CO2 frei. Die Betonbrücke jedoch setzt bereits 145 und die Stahlbrücke 178 Tonnen CO2 frei. Auch hier ergibt sich ein klarer Vorteil für die Glasfaserbrücke. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die GFK-Brücke bei allen hier betrachteten Indikatoren „besser“ abgeschnitten hat.
Quelle: Arbeitskreis Nachhaltigkeit -- AVK Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe e.V.
Recycling von GFK-Abfällen ist möglich und sinnvoll
Diesem Punkt haben Iwas und das Institut für Kunststofftechnik (IKT) der FHNW angesetzt und gemeinsam ein von Innosuisse gefördertes Projekt lanciert. Das Ziel bestand darin, aufzuzeigen, dass ein Recycling von GFK-Abfällen im Sinn der Kreislaufwirtschaft unter Berücksichtigung technischer, ökologischer und ökonomischer Gesichtspunkte möglich und sinnvoll ist.
Damit aus den GFK-Abfällen ein hochwertiges Rezyklat gefertigt werden kann, muss eine gleichbleibende, hohe Qualität der Ausgangsstoffe gewährleistet werden. Hierfür haben das IKT, Iwas und Partnerfirmen Spezifikationen erarbeitet, nach welchen die GFK-Abfälle vorprozessiert werden. Um den Prozess einfach zu halten, erfolgt dieser Schritt mechanisch.
Anschliessend werden diese aufbereiteten Abfälle zu einem Hybrid-Rezyklat weiterverarbeitet. Dieses Hybrid-Rezyklat enthält neben GFK-Abfall eine thermoplastische Matrix, welche als Industrie-Rezyklat oder Post-consumer-Rezyklat vorliegt. Mittels Compoundierung und unter der Beigabe diverser Additive werden die Ausgangsmaterialien zu einem homogenen Compound und anschliessend zu Granulat verarbeitet.
Das IKT hat unterschiedliche Granulat-Formulierungen entwickelt, welche auf das jeweilige Verarbeitungsverfahren optimiert wurden. Die Granulate können auf den gängigen Anlagen der verarbeitenden Industrie, sprich mittels Spritzguss, Extrusion oder Fliesspressen, zu unterschiedlichen Produkten verarbeitet werden. Diese Produkte können nach ihrem End-of-Life wiederum zu 100% zu Granulat aufbereitet werden, wodurch der Wertstoffkreislauf geschlossen werden kann. Die technische Machbarkeit der entwickelten Lösung wurde in zahlreichen Labor- und Feldtests nachgewiesen.
Das Projekt wurde eng vom Institut für Biomasse und Ressourcen Effizienz (IBRE) der FHNW begleitet. Das IBRE fertigte eine Life Cycle Analysis gemäss ISO 14040 an. Diese zeigt eindeutig auf, dass der entwickelte Recycling-Ansatz den heute gängigen Methoden (thermisches Recycling respektive Deponierung) deutlich überlegen ist. Durch die Wiederverwertung der GFK-Abfälle können Ressourcen geschont werden, die andernfalls für die Herstellung von Neuware benötigt worden wären. Dies zeigt sich am deutlich geringeren CO2-Ausstoss respektive den deutlich weniger Umweltbelastungspunkten, welche der Iwas-Ansatz verglichen zu herkömmlichen Entsorgungswegen aufweist.
Quelle: iwas-concepts AG
Ist die Nutzung und die Herstellung von GFK auch nachhaltig?
Was ist GFK?
GFK ist ein Verbundwerkstoff, der aus einer Polymermatrix und Glasfasern besteht. Die Matrix besteht in der Regel aus Epoxid-, Vinylester- oder duroplastischen Polyesterharzen. Das Harz sorgt für die Beständigkeit des Endprodukts gegen Umwelteinflüsse und Chemikalien, hält die Fasern in der Laminatstruktur zusammen Ist und gibt dem GFK-Bauteil seine Form. Die Glasfasern sorgen für die Stabilität. Sie können zufällig verteilt oder geordnet sein.
Der am häufigsten verwendete Glasfasertyp für GFK ist E-Glas, auch bekannt als Aluminium-Borosilikatglas. E-CR-Glas, das sowohl elektrisch als auch chemisch beständig ist, wird häufig für Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an den Säureschutz verwendet.
Wie nachhaltig ist GFK?
Das Nachhaltigkeitsbewusstsein in der Gesellschaft wächst stetig. Menschen aller Altersgruppen erkennen zunehmend die Bedeutung umweltbewussten Handelns und umweltbewusster Entscheidungen. Sie erkennen, dass sie etwas bewirken können, indem sie umweltfreundliche Produkte kaufen, Energie sparen und Abfall reduzieren.
Dieses Denken ist nicht nur bei den Endkonsumenten angekommen. sondern auch bei den Unternehmen und vor allem auch in der Baubranche.
Hier kommen immer öfter auch Glasfaserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, wie beispielsweise GFK Gitterroste.
Wie behauptet sich der Baustoff gegenüber anderen Baustoffen beim Thema Nachhaltigkeit?
Im Vergleich zu anderen Baustoffen wie Beton, Aluminium und Stahl wird nur sehr wenig Energie für die Herstellung der GFK-Elemente benötigt:
- Glasfaser spart 75% der Produktionsenergie im Vergleich zu Stahl.
Da der Aushärtungsprozess exotherm ist (d.h. er entwickelt seine eigene Wärme), ist der Energieverbrauch - pro produzierter Einheit extrem niedrig.
- Faserverbundkonstruktionen sind 75% leichter als Stahl.
Transport und Montage benötigen daher 50% weniger Energie. - Das CO2-Äquivalent von GFK beträgt nur die Hälfte einer Betonbrücke und etwa ein Drittel einer Stahlbrücke.
Die CO2-Bilanz von GFK ist daher besonders niedrig. - Bei der Produktion entstehen kaum schädliche Nebenprodukte.
- Die Herstellung von Grundharzen und Fasermatten hat nicht die negativen Auswirkungen auf die Umwelt wie Metalle, Stahl oder Aluminium.
- GFK-Abfall ist eine hochwertige Alternative für die Zementindustrie in Verarbeitungsanlagen, sowohl als Brennstoff als auch als mineralischer Rohstoff.
Quelle: Forum – Nachhaltig Wirtschaften
