Evaluierung von Biokunststoffen zur Anwendung in Fassadenbegrünungsystemen

Abstract

Mit dem Ziel, den Klimawandel zu bekämpfen, wird in allen möglichen Bereichen unseres Alltags geforscht, um unsere Lebensweise ökologischer und umweltfreundlicher gestalten zu können. Im Bereich der Stadtentwicklung bieten sich hier Fassadenbegrünungen an, da diese viele Vorteile mit sich bringen, und auch die Stadt Wien sieht diese als Teil der Lösung zur Bekämpfung von urbanen Hitzeinseln. Die Begrünung von Fassaden kann im dicht besiedelten Gebiet nicht nur zur Steigerung der Lebensqualität der Menschen, sondern auch zur Verbesserung der Luftqualität und des Mikroklimas sowie zur sommerlichen Kühlung des jeweiligen Gebäudes beitragen, um nur einige wenige der vielen Vorteile zu nennen. Bei einer ganzheitlichen Betrachtung muss man neben all den Vorteilen jedoch auch die Nachteile berücksichtigen. Die Tragsysteme für vertikale Begrünungen bestehen häufig aus Aluminium, bei welchem zwar die Möglichkeit des Recycling besteht, bei dessen Herstellung jedoch ein hoher Primärenergieeinsatz erforderlich ist und zusätzlich schädliche Substanzen entstehen, die deponiert werden müssen. Zudem gestaltet sich das Recycling in Wahrheit schwieriger, als oft versprochen, da eine Vielzahl an Aluminiumlegierungen in unserem Alltag zu finden sind, die sortenrein getrennt werden müssen, um eine Qualitätsabnahme zu verhindern. Um der Klimakrise bestmöglich entgegen zu wirken, wird nach Möglichkeiten geforscht, vertikale Begrünungen umweltfreundlicher und ressourcenschonender gestalten zu können. Die Verwendung biobasierter Kunststoffe könnte einen Teil der Lösung darstellen, da diese aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden, schon jetzt viele Begrünungssysteme einen hohen Kunststoffanteil aufweisen und bei der Herstellung weniger CO2 benötigt wird als bei Aluminium. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, herauszufinden, inwiefern biobasierte Kunststoffe, also Kunststoffe, welche aus nachwachsenden Ressourcen hergestellt werden, in Fassadenbegrünungssystemen zur Anwendung kommen können, um den ökologischen Fußabdruck des Gesamtsystems zu verbessern. Um eine Funktion des Fassadenbegrünungssystems über seine gesamte Lebensdauer zu gewährleisten, dürfen die untersuchten Materialien unter alltäglichen Einwirkungen jedoch nicht abbaubar sein. Als erstes wird ein Überblick über die gängigen Materialien in Begrünungssystemen geschaffen und über innovative Systeme aus anderen Werkstoffen berichtet. Danach wird der Stand der Technik im Bereich der biobasierten Kunststoffe recherchiert und es werden Beispiele gebracht, die den Einsatz von Kunststoffen in der Architektur und im Bauwesen darstellen. Zudem wird ein Überblick über die wichtigsten Kunststoffadditive und ihre Verwendung gegeben. Darauf folgend werden biobasierte, nicht abbaubare Kunststoffe vorgestellt und es wird bei den drei wichtigsten Vertretern durch eine Ökobilanz auf ihre Umweltauswirkungen hingewiesen. In einem dritten Schritt werden gängige Begrünungssysteme gedanklich in ihre Einzelteile zerlegt und die jeweiligen Anforderungen an die Komponenten besprochen. Dann kann anhand der zuvor vorgestellten Materialeigenschaften verglichen werden, ob die derzeitigen Biokunststoffe bereits alle Anforderungen erfüllen, um in Fassadenbegrünungssystemen eingesetzt werden zu können. Im Anschluss werden die Anforderungen an einen Biokunststoff, welcher als tragende Struktur eingesetzt werden soll, herausgearbeitet und nach ihrer Dringlichkeit kategorisiert, um die Richtung aufzuzeigen, in die noch weiter geforscht werden muss, um einen Einsatz zu ermöglichen. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und diskutiert.

With the goal of fighting climate change, research is being carried out in all possible areas of our everyday lives in order to be able to make our way of life more ecological and environmentally friendly. In the field of urban development, green facades are an obvious choice, as they bring many advantages, and the city of Vienna also sees them as part of the solution to combat urban heat islands. In densely populated areas, the greening of facades can contribute not only to an increase in the quality of people’s life, but also to improve the air quality and microclimate, as well as to cool the respective building in summer, to name just a few of the many benefits. However, when taking a holistic view, in addition to all the advantages, it is necessary to consider the disadvantages as well. The support systems for vertical greening are often made of aluminum, which, although it is possible to recycle it, has a high primary energy consumption and its production generates harmful substances that have to be landfilled. In addition, recycling is actually more difficult than frequently promised, since a large number of aluminum alloys can be found in our everyday lives, which must be separated according to type to prevent any degradation in quality. In order to deal with the climate crisis in the best possible way, research is being carried out into ways of making vertical greening more environmentally friendly and more resource-efficient. The use of bio-based plastics could be part of the solution, since they are produced from renewable resources, many greening systems already have a high plastic content, and less CO2 is needed in their production than for aluminum. The aim of this work is to find out to what extent biobased plastics, which means plastics that are produced from renewable resources, can be used in facade greening systems to improve the ecological footprint of the overall system. However, in order to ensure a function of the facade greening system over its entire service life, the investigated materials must not be degradable under everyday influences. The first step is to provide an overview of the common materials used in greening systems and to report on innovative systems made of other materials. Then, the state of the art in the field of bio-based plastics has to be researched and examples are listed to show the use of plastics in architecture and construction. In addition, an overview of the most important plastic additives and their use is given. Subsequently, biobased, non-degradable plastics are presented and their environmental impact is shown by means of a life cycle assessment for the three most important representatives. In a third step, common greening systems are mentally separated into their individual parts and the respective requirements for the components are discussed. Then, based on the material properties presented earlier, it can be compared whether current bioplastics already meet all the requirements to be used in facade greening systems. Subsequently, the requirements for a bioplastic to be used as a load-bearing structure are elaborated and categorized according to their urgency to show the direction in which further research is needed to enable their use. Finally, the results of the work are summarized and discussed.