Kalkbasierte Baustoffsysteme haben die Evolution der Menschheit im Laufe der letzten Jahrtausende begleitet. Einige dieser Strukturen sind noch heute auffindbar. Sie haben miterlebt, wie die Menschheit die Herausforderungen von Natur überwunden und somit die Entwicklung von Zivilisationen auf der ganzen Welt ermöglicht. Heutzutage hat die Weltbevölkerung beispiellose Höhen erreicht, und die Menschheit hat ihre Präsenz in nahezu jedem Winkel des Planeten durchgesetzt. Wir stehen nun vor einer neuen Herausforderung. Die gleichen technologischen Fortschritte, die unsere Kultur geformt haben, bedrohen auch unsere Existenz, indem sie die Umwelt in eine unbekannte Landschaft verwandeln.

Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat bereits die Konsequenzen hervorgehoben, die mit dem Fortführen des bisherigen Geschäftsgangs einhergehen. In diesem Zusammenhang sind neue Methoden zur Bereitstellung der Waren und Dienstleistungen, die von unseren Gesellschaften gefordert werden, unerlässlich. Die Bau- und Baubranche ragt als einer der einflussreichsten Sektoren hervor, wenn es darum geht, unsere Umweltbilanz neu zu gestalten. Erstens werden Baumaterialien weltweit in enormen Mengen verwendet. Zweitens erfordert ihre Produktion erhebliche Mengen an natürlichen Ressourcen und Energie. Es wird geschätzt, dass etwa zwei Drittel des globalen Energieverbrauchs auf diesen Sektor entfallen.

Dieses Szenario bietet neue Möglichkeiten für Entwicklungen im Bereich nachhaltiges Design für Bauprodukte. Diese Dissertation adressiert diese Thematik, indem sie die Entwicklung von technologischen Lösungen vorschlägt, die auf der Nutzung der Life Cycle Assessment (LCA) Methodik basieren. LCA dient als wissenschaftlich bewährtes Rahmenwerk zur Quantifizierung der potenziellen Umweltauswirkungen von Produkten und Dienstleistungen. Dieses Bestreben ist im Rahmen des SUBLime-Projekts enthalten, einem Marie Skłodowska-Curie Action European Training Network—Innovative Training Network (ETN ITN).

Der Kern dieser Dissertation liegt in der Modellierung der LCA. Dieser Ansatz dient als grundlegender Beitrag, auf den neue Entwicklungen hinzugefügt werden können. Tatsächlich umfasst ihre Struktur drei wesentliche Veröffentlichungen in Form von peer-reviewed Papers. Diese beginnen mit der grundlegenden Formulierung der LCA und gehen dann dazu über, neue Anwendungen der LCA zu erforschen, insbesondere nichtlineare Integration und stochastische Analyse. In den letzten Jahrzehnten wurde LCA als Berichtsinstrument in einer wachsenden Anzahl von Studien eingesetzt. Während dies den aktuellen Stand widerspiegelt, zielt diese Arbeit darauf ab, die Verwendung von LCA als ein wichtiges unterstützendes Werkzeug für die Gestaltung zukünftiger Materialien neu zu definieren. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei wesentliche Aspekte untersucht.

Zum einen wird die Integration der Materialeigenschaften in Bezug auf ihre strukturellen und energetischen Leistungen mit ihrer Umweltleistung kombiniert. Dieser Ansatz ermöglicht die systematische Analyse und den Vergleich verschiedener Gestaltungslösungen und Materialkombinationen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine optimale Kombination identifiziert werden kann und zukunftsorientierte Szenarien leicht verglichen werden können, was ein leistungsstarkes Werkzeug in den frühen Phasen der Gestaltung bietet.

Zum anderen werden ein umfassender Satz von Umweltvergleichsdaten und eine EPD-Datenbank entwickelt. Eine einfache und robuste Vergleichsmöglichkeit während der Produktentwicklung zu erleichtern, ist entscheidend. Daher werden in dieser Arbeit auf LCA basierende Schlüsselindikatoren für Umweltleistung offenbart. Die Ergebnisse zeigten nicht nur, dass die Genauigkeit, gemessen in Standardabweichungen, um das Siebenfache verbessert werden kann, sondern bieten auch eine Referenzbasis, auf der neue Studien aufgebaut werden können.

Abschließend hebt diese Doktorarbeit das Potenzial hervor, LCA als ein Gestaltungswerkzeug neu zu positionieren, anstatt es nur als Berichtsinstrument zu betrachten. Dadurch wird es möglich, den ökologischen Fußabdruck von Baustoffen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg vorherzusagen.