Von Abfall zu Innovation: Der Think-and-Make-Tank Bauhaus Erde entwickelt einen ungebrannten Lehmstein für tragendes Lehmsteinmauerwerk aus Baustellenaushub. Damit zeigt Bauhaus Erde, dass die Böden der Region Berlin-Brandenburg für die Herstellung von tragenden Lehmbaustoffen geeignet sind und stärkt die lokale Wertschöpfung.
In aller Kürze
- Das Forschungsteam von Bauhaus Erde erhält für die von ihm entwickelten Lehmsteine eine Baustoffzulassung. Die Steine, welche im Innovation Lab von Bauhaus Erde in Marienfelde entwickelt wurden, können als lizensiertes Bauprodukt in tragenden Bauteilen eingesetzt werden.
- Die Forschung erfolgte in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin, ZRS Ingenieuren Berlin und der Areta GmbH, einem Recyclingunternehmen.
- Das Besondere an den Lehmsteinen: sie stammen aus dem Aushub einer Berliner Großbaustelle, sind energiearm in der Herstellung und vollständig wiederverwendbar.
- Die Prüfergebnisse zeigen, dass die Steine auch in mehrgeschossigen Gebäuden (bis Gebäudeklasse 4) als tragendes Mauerwerk angewendet werden können.
- Bauhaus Erde wird die Steine in den nächsten Monaten in einem Demonstrationspavillon in Potsdam erstmals zur Anwendung bringen.
Warum Lehmsteine, warum jetzt?
Der CO₂-Fußabdruck des Gebäudesektors ist immens – 40 Prozent der Emissionen gehen auf sein Konto. Als Teil ihres Lösungsansatzes widmet sich die Organisation Bauhaus Erde der Entwicklung von Baumaterialien, welche die energieintensiven, fossilen Baustoffe der vergangenen Dekaden ablösen können.
Bauhaus Erde verfolgt dabei einen regionalen Ansatz und untersucht, welche Materialien für das Bauen der Zukunft in spezifischen Regionen zur Verfügung stehen. Im Kontext von Berlin-Brandenburg zielt der antizipierte Materialkanon neben der Etablierung von Holz auf einen höheren Diversifizierungsgrad hin. In diesem Sinne wird mit der Lehmsteinforschung ein weiterer regenerativer Baustoff für das Berlin-Brandenburg der Zukunft beigesteuert.
Konkreter Auslöser für die Forschung zum Lehmsteinmauerwerk war eine Erweiterung des Baurechts (DIN-18940), die seit Juni 2023 das Bauen mit tragendem Lehmsteinmauerwerk wieder ermöglicht.
Sind die Böden in Berlin-Brandenburg gut genug?
Im Wissen um die anstehende Novellierung stellte sich für Bauhaus Erde die Frage, ob die Böden Berlin-Brandenburgs für die Herstellung von leistungsfähigen Lehmsteinen geeignet sind. Nur ungerne wollte Bauhaus Erde in Kauf nehmen, dass mit Inkrafttreten der DIN nationale oder gar internationale Lieferketten aktiviert werden würden, um den zu erwartenden, regionalen Bedarf an Lehmsteinen zu decken. So lag der Forschungsschwerpunkt neben der Rezepturentwicklung auch auf der Analyse
potenzieller Ressourcenquellen.
Welche Ressourcenquellen kamen in Frage?
Der Versuchsaufbau umfasste die Probenentnahme von Böden, die bereits durch Bauvorhaben oder Tagebau in Bewegung gesetzt wurden und dessen lehmige Bodenhorizonte in der Regel als Abfall oder Nebenprodukte keine Anwendung finden. Auch Böden aus Bodenwaschanlagen und Lehmabfälle aus dem Rückbau historischer Fachwerkhäuser wurden beprobt und auf ihre Beschaffenheiten analysiert.
Vom Abfall zum Baustoff mit 15 t Druck
In einem zweiten Schritt wurden aus geeigneten Proben Lehmsteine hergestellt und nach den Vorgaben der gültigen DIN auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft. Die Herstellung der Steine erfolgte in einer manuellen Presse, die die Steine mit einem Druck von 15 t in einer Form verdichtet. Obwohl Steine aus verschiedenen Ressourcenquellen und mit unterschiedlichen Rezepturen die technischen Anforderungen erfüllten, überzeugte ein Stein, dessen Ausgangsmaterial aus einer Berliner Baugrube stammte, hinsichtlich der Umweltverträglichkeit am meisten.
Der Prüfungsprozess durch ZRS Ingenieure und die Bundesanstalt für Materialforschung
Im nächsten Schritt wurde aus dem Aushubmaterial eine erste Serie von Lehmsteinen hergestellt und dem Berliner Ingenieurbüro ZRS Ingenieure zur Erstprüfung vorgelegt. In Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Materialforschung wurden die Steine dort auf ihre Leistungsfähigkeit überprüft und die Ergebnisse der internen Vorprüfung bestätigt.
Im Rahmen eines Praxisseminars in Kooperation mit der Technischen Universität Berlin hat das Forschungsteam von Bauhaus Erde gemeinsam mit Studierenden die Entwicklung, Zulassung und Produktion von Lehmbaustoffen weiter untersucht und einen ersten hauseigenen Produktionszyklus durchlaufen.
Keyfacts
- Die Lehmsteine können problemlos rückgebaut und restlos wiederverwendet werden. Auch Lehmsteine, die während der Produktion nicht dem Qualitätsanspruch entsprechen, können als Ausgangsmaterial für eine weitere Produktion verwendet werden.
- Als Aushub wird Boden in der Regel zu einem Abfallprodukt ohne Weiterverwendung. Die Böden sind oft tonhaltig und können nicht in die Materialströme von Beton oder dem Straßenbau eingespeist werden. Für Lehmbaustoffe eignen sie sich jedoch als Ausgangsmaterial und sollten als Materialquelle eine größere Rolle spielen.
- Als tragendes Bauteil benötigt Lehmsteinmauerwerk eine wetterfeste Außenhaut, die die Steine vor Regenwasser schützt. Dies kann zum Beispiel in Form einer Holzfassade oder eines Kalkputzes erreicht werden. Im Inneren trägt das Mauerwerk zur Regulierung des Raumklimas bei und punktet durch seine hohe Feuerfestigkeit.
- Das globale Erwärmungspotential liegt bei etwa 5 Prozent im Vergleich zu einer Kalksandsteinwand.
- Expert:innen sind der Ansicht, dass ein Großteil des konventionellen Mauerwerks in Deutschland durch Lehmsteinmauerwerk ersetzt werden kann.
- Die Lehmsteine dienen als Beispiel für radikal-regionale Baustoffe, welche die Umweltkosten im Bauen auf ein Minimum reduzieren. Die Wertschöpfungskette der Lehmsteine zwischen der Baugrube in Marzahn, Zwischenlagerung in Altlandsberg, Verarbeitung in Mariendorf und dem Verbau im Demonstrationspavillon in Potsdam beträgt lediglich 72 km.
- Aus einer Tonne Aushub können im Bauhaus Erde LAB rund 105 Steine hergestellt werden.
ProtoPotsdam: Erstmalige Anwendung der Lehmsteine
Die insgesamt 3.000 Lehmsteine, die dabei hergestellt wurden, werden im Demonstrationspavillons von Bauhaus Erde (Projekt ProtoPotsdam) erstmals zum Einsatz kommen. Mit ProtoPotsdam entsteht in der Potsdamer Innenstadt ein temporäres Testlabor für nachhaltige Baupraxis mit regenerativen Materialien. Gemeinsam mit verschiedensten Akteur:innen aus Zivilgesellschaft, Wissenschaft, Kunst, Industrie und Politik wollen wir hier das Bauen von morgen sichtbar und erfahrbar machen.
Lehmsteine sind rückbaubar und wiederverwendbar
Die Lehmsteine werden im Pavillon als tragendes Mauerwerk im Sinne der neuen DIN verarbeitet. Obwohl es sich bei dem Pavillon nur um ein temporäres Bauwerk handelt, stellt dies für die Anwendung der Lehmsteine kein Problem dar. Das Forschungsteam hat im Rahmen seiner Untersuchungen auch den Rückbau und die Wiederverwendbarkeit der Steine geprüft und kann aus dem rückgewonnenen Material ohne Verlust weitere Generationen von Lehmsteinen herstellen.
Was kommt danach?
Im nächsten Schritt strebt das Forschungsteam die Zulassung eines geeigneten Lehmmauermörtels aus Baustellenaushub an und arbeitet an der Entwicklung konkreter Bauteilen, die die Steine mit weiteren regenerativen Baustoffen zu vollständigen Wand- und Deckenaufbauten kombinieren. Übergeordnet bestrebt Bauhaus Erde die systemische Integration der Forschung an Lehmsteinen in die regionale Boden- und Mauerwerksindustrie. Hierzu werden in den nächsten Monaten die Möglichkeiten des Aufbaus einer größeren Produktionsstätte untersucht, um Lehmsteine als regeneratives Baumaterial in größerem Umfang zu produzieren.
Prof. Dr. Christof Ziegert, Vorsitzender des Normenausschusses und verantwortlich für die Erstprüfung der Lehmsteine von Bauhaus Erde, schätzt das Potenzial der Lehmsteine als ausordentlich hoch ein: „Der Großteil des Wohnungsbaus in Deutschland findet innerhalb der Gebäudeklassen 1 bis 4 statt. Nach dem aktuellen Normentwurf für Lehmsteinmauerwerk kann nun auch mit gängigem Bauantrag Lehmsteinmauerwerk bis Gebäudeklasse 4 gebaut werden. Dadurch lässt sich ein Großteil des konventionellen Mauerwerks – mit hohem Energieanspruch bei der Herstellung – im Wohnungsbau ersetzen. Gleichzeitig tauchen zunehmend Herstellende auf dem Markt auf, die Lehmsteine produzieren, wodurch mit einem Kostenangleich der Lehmsteine an Kalksandsteine zu rechnen ist. Die Massivlehmbauweise in Form von Lehmstein Mauerwerk hat großes Potential, die Bauwende maßgeblich voranzutreiben.“
Christian Gäth, Forschungsleiter des Projekts, ergänzt: „Mit Blick auf die jährlichen Aushubmengen in der Region und der damit verbundenen Analyse- und Logistikinfrastruktur der Industrie ist die Integration einer Lehmsteinproduktion in bestehende Lieferketten unkompliziert und bereits kurzfristig realisierbar.“
Wer ist Bauhaus Erde?
Bauhaus Erde ist ein 30-köpfiger interdisziplinärer und internationaler Think-and-Make-Tank mit Sitz in Potsdam und Berlin. Die gemeinnützige Organisation widmet sich der regenerativen Transformation der gebauten Umwelt. Unsere Vision ist eine Zukunft, in der Gebäude, Städte und Landschaften proaktiv zur Sanierung des Klimas beitragen und einen positiven Einfluss auf den Planeten und seine Bewohner:innen haben. Im Jahr 2019 von Hans Joachim „John“ Schellnhuber gegründet, bringt Bauhaus Erde heute Expert*innen aus den Bereichen Wissenschaft, Architektur und Planung, Governance und Industrie zusammen. Durch angewandte Forschung, Demonstrationsprojekte und politische Beratung trägt Bauhaus Erde dazu bei, klimapositive Gebäude und Städte zu schaffen.
Produktdaten Lehmstein (geprüft nach DIN 18945:2023-06)
| Ausgangsstoffe: | Mineralisches Aushubmaterial ohne Zusatzstoffe |
| Lehmstein- und Herstellungsverfahren: | Lehmstein, formgepresst |
| Anwendungsklasse: | AK II – konstruktiver Witterungsschutz notwendig |
| Format: | S (294x140x92) |
| Rohdichteklasse: | 2,0 |
| Druckfestigkeitsklasse: | 3 |
| Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl: | 5/10 |
| Wärmeleitfähigkeit: | 1,1 W/m·K |
| Baustoffklasse: | A1 |
