Gründächer ohne Biozide

Als integraler Bestandteil zur Schaffung von Ausgleichsflächen im Kampf gegen die Flächenversiegelung werden Gründächer zu einem Symbol für eine umweltbewusste und lebenswerte Zukunft. Die Vorteile sind mannigfaltig: Regenwasserrückhalt, Steigerung der Biodiversität, Dämmwirkung und Schutz der Dachabdichtung, um nur einige zu nennen.

Relevanz von Gründächern und Wurzelfestigkeit von Abdichtungsbahnen

Gründächer sind zu einem essentiellen Element geworden, das die ökologische und soziale Qualität urbaner Räume verbessert. Die Transformation von grau in grün wird sich in Zukunft weiter verstärken, da immer mehr Städte und Gemeinden die Notwendigkeit von Gründächern erkennen und Maßnahmen zur Förderung ihrer Umsetzung ergreifen. Die Art der Dachbegrünung wird je nach spezifischen Anforderungen ausgewählt und kann von extensiven, leichten Gründächern mit trockenheitstoleranten Sedum-Arten bis hin zu intensiven Dachlandschaften mit Baumbepflanzung reichen. Abbildung 1 veranschaulicht den Kontrast zwischen einem konventionellen Kiesdach und einem extensiv begrünten Biodiversitätsdach.

Der Begrünungsaufbau beginnt für den Landschaftsgärtner normalerweise ab der Oberkante der Abdichtungsebene, welche das Bauwerk gegen klimatische Einflüsse und den Nutzungsanforderungen schützt. Die für Dachbegrünungen aus Abdichtung und Wärmedämmung bestehenden Dachaufbauten werden in der Regel von Dachdeckerunternehmen errichtet. Ordnungsgemäß ausgeführte Gründachaufbauten schützen die Abdichtungsbahnen vor witterungsbedingten Einflüssen wie UV-Strahlung, thermischer Beanspruchung und hohen Temperaturdifferenzen. Materialermüdende Dehn- und Schrumpfprozesse werden dadurch weitgehend reduziert, wodurch sich der Lebenszyklus der Abdichtungsbahnen deutlich verlängert. Aufbauten von Dachbegrünungen müssen gegenüber dem restlichen Baukörper (z. B. oberste Geschossdecke) jedoch wasser- und wurzelfest abgedichtet sein. Bei den eingesetzten Abdichtungsbahnen sind spezielle Anforderungen an die Wurzelfestigkeit zu erfüllen und nachzuweisen, insbesondere in Bezug auf ihre langfristige Beständigkeit gegen Wurzeldurchdringung. Anerkannte Prüfverfahren zur Beurteilung der Wurzelfestigkeit sind:

• ÖNORM EN 13948 (Ausgabe: 2008-01-01) "Abdichtungsbahnen – Bitumen-, Kunststoff- und Elastomerbahnen für Dachabdichtungen. Bestimmung des Widerstandes gegen Wurzelpenetration";
• aktuellen Richtlinien der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL) "Dachbegrünungsrichtlinien – Richtlinien für Planung, Bau und Instandhaltungen von Dachbegrünungen" (6. Ausgabe 2018).

Um die Wurzelfestigkeit der Abdichtungsbahnen gewährleisten zu können und mögliche Schäden an der Abdichtung zu verhindern, werden in einigen Fällen Biozide eingesetzt. Diese Praxis hat die Abdichtungsebene verstärkt in das Zentrum der Aufmerksamkeit gerückt, insbesondere aufgrund der wachsenden Bedenken hinsichtlich ökologischer Auswirkungen und regulatorischer Anforderungen. Unter dem Begriff Biozide versteht man eine Vielzahl von chemischen Substanzen zur Bekämpfung von Schädlingen. Dazu gehören Herbizide (gegen Pflanzen), Fungizide (gegen Pilze) und Insektizide (gegen Insekten) [1]. Jedoch können diese Biozide durch Niederschlag aus den Abdichtungsbahnen freigesetzt werden, was zu umwelttoxikologischen Auswirkungen führt und die Qualität von Gewässern und Böden beeinträchtigt. Eine Studie aus der Schweiz hat gezeigt, dass die Verwendung von Bioziden in Städten im Vergleich zur Landwirtschaft in der Vergangenheit unterschätzt wurde, da die jährlichen Einsatzmengen ähnlich hoch sind [2]. Aufgrund der hohen Relevanz für den Schutz des Grundwassers ist es wichtig, Bewusstsein dafür zu schaffen und nachhaltige Entwicklungen anzustreben.

Biozide in Abdichtungsbahnen: Umweltauswirkungen und Herausforderungen

Polymerbitumendachbahnen enthalten als Durchwurzelungsschutz oft Biozide wie Mecoprop (MCCP) oder Methylchlorphenoxyessigsäure (MCPA). MCPP, wurde in den 1950er Jahren synthetisiert. Das Ausgangsprodukt war eine Mischung aus s- und r-Isomeren im Verhältnis 50:50. Seit den 1980er Jahren wird in den meisten Anwendungen nur noch das aktive r-Stereoisomer verwendet, und das Biozid wurde in MCPP-P umbenannt. Es ist stark wasserlöslich, wird durch Hydrolyse gespalten und in gelöster Form über die Wurzeln von Pflanzen aufgenommen [3]. Beide Verbindungen, MCPP und MCPA ähneln dem Pflanzenhormon Auxin und beeinflussen das Pflanzenwachstum derart stark, dass es zu einer Unterversorgung mit Nährstoffen kommt, was letztendlich zum Absterben der Pflanzen führt [4]. Nach Niederschlagsereignissen wurden hohe Konzentrationen von MCPP in städtischen Gewässern gemessen, die die in der EU-Richtlinie 2013/39/EU vorgeschriebenen akzeptablen ökologischen Qualitätsstandards von 0,1 µg/L überschreiten [3]. Die Thematik ist jedoch nicht neu, denn bereits im Jahr 1998 wies eine Studie aus der Schweiz darauf hin, dass MCCP im Dachabfluss in Konzentrationen von bis zu 500 µg/L gefunden wurde [5]. Damit konnte aufgezeigt werden, dass rund die Hälfte der Belastung an MCCP im Grundwasser aus dem Bauwesen und nicht aus der Landwirtschaft stammt. Aufgrund der Vielfalt an Bioziden und der Tatsache, dass nicht alle systematisch in Messkampagnen erfasst werden, stehen nur begrenzte Daten über die Mehrheit dieser Substanzen im Dachabfluss zur Verfügung. Die durchschnittliche Konzentration der meisten festgestellten Biozide im Abfluss liegt zwischen 100 ng/L und 5 µg/L, wobei MCPP mit 500 µg/L die höchste Konzentration aufwies [6]. Mit dem abfließenden Niederschlagswasser gelangen die Wirkstoffe in das Oberflächengewässer, und ohne ausreichende Bodenpassage sind Einträge in das Grundwasser zu erwarten [7]. Eine Untersuchung ergab, dass weniger als 1 Prozent des in der Dachbahn verwendeten MCCP innerhalb eines Jahres ausgewaschen wurde. Dies bedeutet, dass der Großteil des Biozids erhalten bleibt und einen Schutz vor Durchwurzelung bietet, jedoch auch weiterhin über einen längere Zeitraum freigesetzt wird [8]. Im Verlauf der Zeit nimmt die Auswaschung der Biozide jedoch ab. Das Ausmaß und die Geschwindigkeit dieser Abnahme variieren jedoch abhängig von den eingesetzten Bioziden. Die Konzentrationen in den Abflüssen von gealterten Materialien sind um ein vielfaches geringer als in neuen Materialien [9]. Untersuchungen eines 18 Jahre alten Gründachs sowie zweier neuer, unbegrünter Versuchsdächer zeigten, dass MCCP auch nach vielen Jahren noch in relevanten Konzentrationen vom Gründach ausgewaschen wurde (Mittelwert: 1,3 µg/L). Im Regenabfluss von neuen, unbegrünten Bitumenbahnen wurden sogar um das 100-fache höhere Konzentrationen gemessen [8]. Selbst aus Bitumenbahnen ohne deklarierte Wurzelfestigkeit wurden Auswaschungen von MCPA festgestellt, in welcher die Gesamtemissionen um das Fünffache variierten [10]. Die Auswaschmenge an MCCP nach 30 Jahren wird in drei Belastungsklassen eingeteilt: gering (<10 mg/m²), mittel (10 bis 200 mg/m²) und hoch (>200 mg/m²). Diese Klassen dienen der Klassifizierung des Behandlungsbedarfs des Dachabflusswassers, wobei in der ersten Klasse keine Behandlung erforderlich ist, während in den anderen beiden Klassen Überschreitungen des Anforderungswerts von 0,1 µg/L zu erwarten sind und eine Behandlung notwendig ist [7]. Dabei ist es relevant, zwischen Emission (Auswaschmenge des Dachabflusses in mg/m² oder µg/L) und Immission (Konzentration im Grundwasser in µg/L) zu unterscheiden. Die meisten modernen Produkte weisen eine Auswaschung im Bereich von 10 bis 200 mg/m² MCPP auf und werden daher der mittleren Belastungsklasse zugeordnet [7]. Durch die Ableitung des Niederschlagswassers über Trenn- oder Mischkanalisation kann es zu einer Belastung der Oberflächengewässer mit MCCP kommen, wobei aufgrund der geringen Eliminationsrate in Kläranlagen ein besonders hohes Gefährdungspotenzial besteht. Bei der dezentralen Versickerung von Regenwasser besteht zudem die Gefahr einer Kontamination von Boden und Grundwasser. Für den Wirkstoff MCCP gelten gesetzlich festgelegte Qualitätsnormen und ein Grenzwert von 0,1 µg/L, der sowohl für Grund- und Oberflächengewässer als auch für Trinkwasser einzuhalten ist [11]. Eine erhebliche Verbesserung der Wasserqualität könnte durch den Verzicht von Bioziden in Dachabdichtungen erreicht werden. Um die Schadstoffbelastung des Regenwassers durch den Abfluss von Baumaterialien zu verringern, ist die Entwicklung von Produkten mit geringer oder keiner Freisetzung gefährlicher Zusatzstoffe der effizienteste Ansatz. Das Ziel besteht darin, die Vermeidung von Schadstoffen an der Quelle zu erreichen [8,9].

Alternativen und Kommunikationsmöglichkeiten

Bereits bei der Planung und Ausschreibung von (Grün-) Dächern sollten umweltverträgliche Produkte, die nachweislich eine geringere stoffliche Belastung aufweisen, berücksichtigt werden. Dazu zählen beispielsweise Polyolefin-Bahnen (FPO, TPO), teilvernetzte EPDM-Bahnen und wurzelfeste Bitumenbahnen, die entweder ganz ohne integrierte chemische Schutzmittel auskommen oder nur geringste Mengen an ausgewaschenen Rückständen von chemischen Zusatzstoffen aufweisen. Durch die Verwendung biozidfreier Produkte kann eine Behandlung des Dachabflusses vermieden werden [11]. In Ausschreibungen für Dachabdichtungsbahnen ohne oder mit nur geringem Biozidgehalt, kann eine maximale Gesamtemission von 1 mg/m² MCCP oder MCPA basierend auf dem europaweit harmonisierten "Dynamic Surface Leaching Test (DSLT)" gemäß der Bewertung von Bauprodukten zur Freisetzung von gefährlichen Stoffen, Teil 2 SNR CEN/TS 16637-2:2014, festgelegt werden [11]. Die Umwelt-Produktdeklarationen (EPD) oder die CE-Leistungserklärung für Bauprodukte bieten standardisierte Informationen über die Umweltauswirkungen eines Produkts über seinen gesamten Lebenszyklus und können deshalb als mögliche Kommunikationsinstrumente angesehen werden. Ein weiteres Werkzeug ist das Umweltzeichen "Blauer Engel", in welchem für die Einstufung "geringe Auslaugung" jedoch alle auswaschbaren Substanzen bekannt sein müssen, was in der Regel jedoch nicht der Fall ist [12]. Deshalb empfehlen Burkhardt et al. [12] eine zusätzliche Integration von aquatischen Ökotoxizitätstests auf Algen, Wasserflöhe und Leuchtbakterien, um die Auswirkungen ausgewaschener Stoffmischungen unbekannter Zusammensetzung rasch und kostengünstig abzuschätzen.

Durchwurzelungsuntersuchungen am Bestand

An einem 12 Jahre alten Umkehrdach mit intensiver Dachbegrünung und einer Substrattiefe im Mittel von 30 cm wurden Untersuchungen zur Durchwurzelung der einzelnen Schichten des Gründachaufbaus vom Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau der Universität für Bodenkultur Wien durchgeführt. Gegenstand der Studie war die Freilegung der Bitumenabdichtungsbahnen im Wurzelraum folgender Pflanzenarten: Eibe (Taxus baccata), Bambus (Fargesia sp.) und Feuerdorn (Pyracantha coccinea). Dabei wurden die Vegetationstragschicht sowie die einzelnen Schichtkomponenten des Gründachaufbaus begutachtet und auf sichtbare Schäden überprüft. Im Bereich der Pflanzen wurden Profile über die Aufbautiefe von 30 cm zur Kontrolle der Wurzeldurchdringung der Vegetation in den unterschiedlichen Schichten der Dachbegrünung gegraben, wie in Abbildung 2 ersichtlich. Grob- und Starkwurzeln der Pflanzen breiteten sich im Substratkörper oberhalb der Drainageplatte aus.

Abbildung 3 zeigt das Filtervlies, welches dicht mit Feinwurzeln durchzogen war. Unterhalb der Drainagematte zu sehen in Abbildung 4 befand sich ein Wurzelnetz an Grobwurzeln. Lediglich ein geringer Anteil an Feinwurzeln konnte unterhalb des Schutzvlieses der Wärmedämmung festgestellt werden, jedoch nicht direkt auf der Bitumenabdichtungsbahn. Die Grabungen zeigten wie in Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. ersichtlich, dass bei sachgemäßer Ausführung und Umsetzung des Gründaches (korrekter Aufbau, Einbau aller erforderlichen Schichten, mängelfreie und dichten Übergangszonen und Anschlussstellen) eine Wurzeldurchdringung der Abdichtungsebene bei einem Umkehrdach ausgeschlossen werden kann. An den untersuchten Bodenprofilen wurde von keiner der erhobenen Pflanzen eine Wurzeldurchdringung unterhalb der Wärmedämmschicht aus EPS (extrudiertes Polystyrol) festgestellt. Folglich kam es im Bereich der Bitumenabdichtungsbahn zu keinen Schäden durch Wurzelwachstum.

Zusammenfassung

Die positiven Aspekte und Notwendigkeit von begrünten Dächern sind mittlerweile unumstritten und sollten daher bei Maßnahmen zum Klimaschutz, der Stadtentwicklung und im Konzept des klimawandelangepassten Bauens unausweichlich berücksichtigt werden. Die Nachfrage nach nachhaltigen Lösungen für die Dachabdichtung ohne den Einsatz von Bioziden wird in Zukunft weiter zunehmen. Angesichts der wachsenden Sensibilität für Umweltfragen und der steigenden Anforderungen an den Gewässerschutz wird die Reduzierung der Schadstoffbelastung von Gründächern zu einer Priorität. Dies eröffnet Chancen für innovative Unternehmen, die umweltverträgliche Dachabdichtungsmaterialien produzieren oder entwickeln und diese auf den Markt bringen. Die Richtung ist klar: Vermeidung der Biozide an der Quelle, um die Auswaschung umweltschädlicher Stoffe zu verhindern oder auf ein absolutes Minimum zu reduzieren.

Literatur

1. Magistrat der Stadt Wien. Ökologische Kriterien für die Beschaffung von Bitumenbahnen: Programm für umweltgerechte Leistungen ÖkoKauf Wien 2020.

2. Wittmer, I.K.; Scheidegger, R.; Bader, H.-P.; Singer, H.; Stamm, C. Loss rates of urban biocides can exceed those of agricultural pesticides. Sci. Total Environ. 2011, 409, 920–932, doi:10.1016/j.scitotenv.2010.11.031.

3. Périllon, C.; Feibicke, M.; Sahm, R.; Kusebauch, B.; Hönemann, L.; Mohr, S. The auxin herbicide mecoprop-P in new light: Filling the data gap for dicotyledonous macrophytes. Environ. Pollut. 2021, 272, 116405, doi:10.1016/j.envpol.2020.116405.

4. Coupland, D.; Jackson, M.B. Effects of Mecoprop (an Auxin Analogue) on Ethylene Evolution and Epinasty in Two Biotypes of Stellaria media. Annals of Botany 1991, 167–172, doi:10.1093/oxfordjournals.aob.a088235.

5. Bucheli, T.D.; Müller, S.R.; Voegelin, A.; Schwarzenbach, R.P. Bituminous Roof Sealing Membranes as Major Sources of the Herbicide (R , S )-Mecoprop in Roof Runoff Waters: Potential Contamination of Groundwater and Surface Waters. Environ. Sci. Technol. 1998, 32, 3465–3471, doi:10.1021/es980318f.

6. Buyck, P.-J. de; van Hulle, S.W.H.; Dumoulin, A.; Rousseau, D.P.L. Roof runoff contamination: a review on pollutant nature, material leaching and deposition. Rev Environ Sci Biotechnol 2021, 20, 549–606, doi:10.1007/s11157-021-09567-z.

7. Burkhardt, M. Information über chemische Durchwurzelungsschutzmittel in Bitumenbahnen 2017.

8. Freisetzung von Mecoprop aus Polymerbitumendachbahnen: Regenwasser in urbanen Räumen – aqua urbanica trifft RegenwasserTage; Schwerd, R.; Hübner, S.; Schwitalla, C.; Scherer, C., Eds.; Technische Universität Kaiserslautern: Kaiserslautern, 2018, ISBN 9783959740869.

9. Burkhardt, M.; Zuleeg, S.; Vonbank, R.; Schmid, P.; Hean, S.; Lamani, X.; Bester, K.; Boller, M. Leaching of additives from construction materials to urban storm water runoff. Water Sci. Technol. 2011, 63, 1974–1982, doi:10.2166/wst.2011.128.

10. Wicke, D.; Tatis-Muvdi, R.; Rouault, P.; Zerball-van Baar, P.; Dünnbier, U.; Rohr, M.; Burkhardt, M. Emissions from Building Materials—A Threat to the Environment? Water 2022, 14, 303, doi:10.3390/w14030303.

11. Umweltbundesamt. Ökologisch Nachhaltiges Bauen zum Schutz von Gewässern Vermeidung von Belastungen im Regenabfluss von Gebäuden: Steckbrief 1: Grundsätze für die Planung von Dächern 2021.

12. Burkhardt, M.; Rohr, M.; Heisterkamp, I.; Gartiser, S. Niederschlagswasser von Kunststoffdachbahnen – Auslagung von Stoffen und deren Ökotoxizität für aquatische Organismen. Gewässer und Boden 2020