Embodied Carbon Benchmarking for Low-Carbon Smart Buildings in Saudi Arabia Waqar Hussnain

Jedes Gebäude hinterlässt einen CO2-Fußabdruck, noch lange bevor seine Türen für die Öffentlichkeit geöffnet werden. Während viel Aufmerksamkeit darauf gelenkt wurde, wie viel Energie ein Gebäude während seiner Lebensdauer zum Heizen, Kühlen und Beleuchten seiner Räume verbraucht, entsteht ein erheblicher Teil seiner Gesamtemissionen bereits vor Baubeginn. Diese versteckten Kosten, bekannt als graue Kohlenstoffemissionen (Embodied Carbon), resultieren aus der Gewinnung von Rohstoffen, deren Herstellung, dem Transport zur Baustelle und dem physischen Akt des Zusammenfügens. Da Gebäude immer energieeffizienter werden und ihre operationalen Emissionen sinken, wird diese anfängliche Kohlenstoffbelastung zu einem größeren Anteil an der gesamten Umweltbelastung. Für das Königreich Saudi-Arabien, wo im Zuge der Vision 2030-Initiative rasant neue Städte und Tourismuszentren entstehen, ist das Verständnis und die Messung dieser Vorabkosten von entscheidender Bedeutung. Ohne eine klare Möglichkeit, dies zu messen, können Designer und Bauherren diesen Aufwand nicht effektiv reduzieren.

In einer neuen Studie hat der Forscher Waqar Hussnain den ersten Schritt zur Lösung dieses Problems für das Königreich unternommen, indem er ein praktisches Rahmenwerk zur Messung und zum Vergleich der grauen Kohlenstoffemissionen von großflächigen Gewerbegebäuden geschaffen hat. Die Arbeit adresset eine spezifische Lücke: Während internationale Daten für Gebäude in Europa oder Nordamerika existieren, wurde bisher nichts auf die einzigartigen Materialien, das Klima und die Baupraktiken Saudi-Arabiens zugeschnitten. Die Studie konzentriert sich auf die „Giga-Projekte“, die die Landschaft umgestalten, wie etwa massive Hotels, gemischt genutzte Türme und Tourismuskomplexe. Durch die Analyse realer Projektdaten etabliert die Forschung eine Reihe von Referenzpunkten, die es Architekten und Entwicklern ermöglichen, zu sehen, wie ihre Entwürfe im Vergleich zu aktuellen Standards, bewährten Praktiken und zukünftigen Zielen abschneiden.

Der Forscher ging das Problem an, indem er den Lebenszyklus eines Gebäudes von Beginn an betrachtete. Er definierte den Untersuchungsrahmen so, dass er den Zeitraum von der Gewinnung der Rohstoffe bis zum Moment umfasst, in dem das Gebäude praktisch fertiggestellt und bezugsfertig ist. Dieser Zeitraum umfasst die Beschaffung der Rohstoffe, deren Transport zu den Fabriken, den Herstellungsprozess, den Transport zur Baustelle und die endgültige Installation. Der Forscher wählte dieses spezifische Zeitfenster, weil dies die Phase ist, in der Designentscheidungen den direktesten Einfluss auf die Emissionen haben, und es der Teil des Gebäudelebens ist, der in internationalen Studien am konsistentesten gemessen wird. Er schloss die Emissionen aus dem täglichen Betrieb des Gebäudes sowie dessen späteren Abriss aus und konzentrierte sich statrazdem auf die Vorabkosten der Erstellung der Struktur selbst.

Um die Messungen nützlich zu machen, verwendete die Studie eine Standardeinheit des Vergleichs: die Menge der ausgestoßenen Kohlendioxid-Äquivalente pro Quadratmeter der gesamten Bruttogeschossfläche des Gebäudes. Dieser Ansatz ermöglicht einen fairen Vergleich zwischen Gebäuden unterschiedlicher Größe. Die Daten stammten direkt aus den detaillierten Materiallisten, den sogenannten Leistungsverzeichnissen (Bills of Quantities), tatsächlicher Gewerbe- und Mischprojekte, die derzeit in Saudi-Arabien entwickelt werden. Diese Listen dokumentierten die massiven Mengen an Beton und Stahl, die in diesen Strukturen verwendet werden. Der Forscher brachte diese Mengen mit bestehenden Datenbanken über die Kohlenstoffintensität von Materialien in Verbindung, wobei er sich speziell auf die Hauptbestandteile konzentrierte: Portlandzement, Zusatzstoffe wie Flugasche und Silikastaub sowie Bewehrungsstahl.

Die Studie ergab, dass zwar noch keine perfekte, lokal bezogene Datenbank für Umweltdaten für jedes Material im Königreich existiert, dennoch ein praktikables Rahmenwerk erstellt werden kann. Der Forscher schlug ein vierstufiges System vor, um die Gebäudeleistung zu kategorisieren. Die erste Stufe setzt eine akzeptable Mindestgrenze fest, die mit den aktuellen Bauvorschriften übereinstimmt. Die zweite Stufe repräsentiert die typische Leistung aktueller Projekte und dient als Baseline für das, was derzeit geschieht. Die dritte Stufe spiegelt die bewährte Praxis wider und zeigt auf, was möglich ist, wenn Bauherren fortschrittliche Materialien wie zementitious Zusatzstoffe verwenden, um den CO2-Fußabdruck von Beton zu senken. Die letzte Stufe setzt ein erstrebenswertes Ziel und strebt nach der maximal möglichen Reduktion im Einklang mit den langfristigen Dekarbonisierungsambitionen des Königreichs.

Eines der zentralen Ergebnisse ist, dass die spezifische Materialmischung, die in Saudi-Arabien verwendet wird und stark auf Zement basiert, eigene, einzigartige Benchmarks erfordert, statt einfach Werte aus anderen Teilen der Welt zu kopieren. Die Studie hebt hervor, dass der weit verbreitete Einsatz von Zusatzstoffen, die die Kohlenstoffkosten von Beton senken können, bereits ein Faktor in einigen Projekten ist und als Weg zu besserer Leistung anerkannt werden sollte. Die Forschung stellt jedoch auch eine bedeutende Hürde fest: den Mangel an detaillierten Umweltdaten für lokal produzierte Materialien. Ein Großteil der aktuellen Analyse musste auf generische Daten aus internationalen Datenbanken zurückgreifen, da spezifische Umweltproduktdeklarationen für regionale Materialien noch rar sind. Dies führt zu einem gewissen Grad an Unsicherheit, was bedeutet, dass die aktuellen Benchmarks ein starker Ausgangspunkt sind, aber verfeinert werden müssen, sobald mehr lokale Daten verfügbar sind.

Das ultimative Ziel dieser Arbeit ist es, diese Benchmarks in das nationale grüne Bewertungssystem für Gebäude, bekannt als Mostadam, zu integrieren. Durch die Einbindung dieser vier Stufen in den Zertifizierungsprozess schlägt die Studie vor, dass Saudi-Arabien einen klaren, praktischen Pfad für die Dekarbonisierung des Bausektors schaffen kann. Dies würde die Branche von einem bloßen Vermuten der Leistung hin zu einer strukturierten, transparenten Methode zur Messung des Fortschritts führen. Das Rahmenwerk bietet Entwicklern die Möglichkeit, während der Designphase konkrete Ziele zu setzen und so sicherzustellen, dass der durch die Vision 2030 Giga-Projekte entstehende massive Gebäudebestand vom ersten Tag an mit einem geringeren CO2-Fußabdruck gebaut wird.

Obwohl die Studie nicht beansprucht, alle Datenherausforderungen gelöst zu haben, liefert sie eine vitale Grundlage. Sie zeigt, dass es mit den richtigen Systemgrenzen und einem Fokus auf die wichtigsten Materialien möglich ist, einen lokalisierten Benchmark für das einzigartige Bauumfeld des Königreichs zu schaffen. Die Arbeit füllt eine kritische Lücke in der globalen Literatur, die sich historisch eher auf Wohngebäude und andere Klimazonen konzentriert hat. Indem sie eine Struktur bereitstellt, die auf die kommerziellen und gemischt genutzten Typologien zugeschnitten ist, die den saudischen Giga-Projekt-Pipeline dominieren, fügt diese Forschung ein wertvolles Puzzleteil zum globalen Rätsel der Gebäudedekarbonisierung hinzu. Zukünftige Arbeiten werden spezifischere Daten aus der Region sammeln müssen, um die Genauigkeit dieser Zahlen zu erhöhen, aber das Rahmenwerk selbst bietet einen klaren, handlungsorientierten Weg für eine grünere gebaute Umwelt im Königreich.