Umfassendes Projekt für nachhaltigere Labore
Wie Forschungsgebäude für die Biomedizin nachhaltig und energieeffizient werden können
Es riecht nach frischer Farbe, die Tische glänzen – und doch sind viele Möbel nicht neu, sondern wiederverwendet. Im Oktober sind zwei Forschungsgruppen in das neue Demonstrator-Labor des Berliner Max Delbrück Center (Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft) eingezogen. Was wie ein gewöhnlicher Umzug wirkt, ist eigentlich ein groß angelegtes Experiment: Das Labor dient als Testfeld für neue technische Lösungen, was zeigen soll, wie sich biomedizinische Forschung klimafreundlicher gestalten lässt.
Der Energieverbrauch soll drastisch sinken, beim Bau sollen weniger Ressourcen verbraucht und jährlich rund 3 000 Tonnen CO₂ eingespart werden. Das Demonstrator-Labor ist ein erster wichtiger Schritt zur Sanierung des gesamten Gebäudes: "So kann das Team prüfen, ob die prognostizierten Einsparpotenziale tatsächlich erzielt werden", sagt Ralf Streckwall, Leiter des Technischen Facility Managements. Die Forschenden werden Feedback aus dem Alltag geben – ein kontinuierlicher Lernprozess. Die Erkenntnisse werden in die gesamte Sanierung einfließen.
Veraltete Technik, hoher Verbrauch
Das Max-Delbrück-Haus (MDH) auf dem Campus Buch ist mit seiner Nutzfläche von 10 700 m² das größte Laborgebäude des Max Delbrück Center. Es beherbergt rund die Hälfte aller Arbeitsgruppen. 1980 in Betrieb genommen, wurde es nach der Gründung des Zentrums zwischen 1992 und 2001 erstmals umfassend saniert. Doch seitdem haben sich Standards, Arbeitsweisen und Sicherheitsanforderungen erheblich verändert.
Inzwischen ist die Gebäudetechnik veraltet, die Energieeffizienz unzureichend. Der jährliche Verbrauch beläuft sich auf etwa 8 000 Megawattstunden. Allein 80 Prozent werden für die raumlufttechnischen (RLT-)Anlagen aufgewendet. Das entspricht dem Bedarf von mehreren Hundert Haushalten – und macht deutlich, warum gerade Labore im Fokus der Energieeffizienz- und Klimastrategien von Forschungsinstituten stehen müssen.
Der Gebäudesektor verursacht laut UN-Bericht von 2022 rund 37 Prozent der globalen CO₂-Emissionen und in Deutschland 52 Prozent des Abfallaufkommens. Nachhaltigkeit bedeutet daher nicht nur, den Betrieb effizienter zu gestalten, sondern auch, Bauprozesse konsequent auf Kreislaufwirtschaft auszurichten.
Gleichzeitig steht das Forschungsgebäude exemplarisch für ein weltweites Problem: Biomedizinische Labore verbrauchen pro Quadratmeter fünf- bis zehnmal mehr Energie als normale Büros. Entsprechend hoch ist der CO₂-Fußabdruck. Das Max Delbrück Center stößt jedes Jahr etwa 20 000 Tonnen CO₂ aus. Wer hier arbeitet, verdoppelt also rechnerisch seinen CO₂-Fußabdruck. Die Dimensionen sind erheblich, zumal die Forschung auf funktionierende Kühlketten, aufwendige Lüftungstechnik und sensible Geräte angewiesen ist. Klassische Einsparoptionen, wie sie in Bürogebäuden längst Standard sind, greifen hier nicht. Gleichzeitig lautet das Ziel: Bis 2038 sollen die Treibhausgasemissionen im Betrieb auf null sinken.
Interdisziplinäre Planung
2021 hat sich das Max Delbrück Center in seinem Nachhaltigkeitskonzept verpflichtet, exzellente Forschung, nachhaltige Entwicklung und treibhausgasneutrales Arbeiten in Einklang zu bringen. Um diesem Anspruch bei der Sanierung des MDH gerecht zu werden, stellte Ralf Streckwall ein interdisziplinäres Projektteam zusammen.
Neben den hauseigenen Abteilungen Bau, Betrieb und Nachhaltigkeit beteiligen sich externe Spezialisten: der freiberufliche Laborplaner Gert Richter, Markus Fenner (EUROLABORS AG), das Team von Müller-Werther Finke Architekten, die Experten für Gebäudeenergietechnik Clemens Beutler (DGNB GmbH), Dr. Stefan Brandt und Professor Martin Kriegel (TU Berlin) sowie der Experte für Laborsanierung Gert Drubig (Labor Sanierung Drubig).
Die Idee: Sie wollen die Bauplanung nicht als rein technische Aufgabe betrachten, sondern als eine komplexe Herausforderung, die nur im Zusammenspiel von Ingenieurwissen, Perspektive der Nutzer und Nutzerinnen, Sicherheitsstandards und Nachhaltigkeitszielen gelöst werden kann. Selbst die beste Technik funktioniert nur, wenn die Menschen sie mittragen.
Energiebedarf senken – und erneuerbare Energie nutzen
Um den Energieverbrauch zu reduzieren, verfolgt das Projektteam drei Lösungsansätze:
Neustrukturierung der Labore
- Abzüge und Gefahrstoffschränke werden in wenigen Räumen konzentriert. Dadurch müssen nicht mehr alle Flächen permanent mit hohen Luftwechselraten betrieben werden.
Lüftungseffektivität durch innovative Raumluftströmung
- Absaugungen direkt an den Labortischen erhöhen die Effektivität, Einhausungen von Geräten reduzieren das Raumvolumen und damit den Belüftungsbedarf. Dadurch kann die Belüftung der Labore um bis zu 30 % sinken. Gleichzeitig erhöht sich die Sicherheit der Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen.
Optimierung der raumlufttechnischen Anlagen
- der Energieverbrauch kann u. a. durch eine niedrige Fließgeschwindigkeit der Luft und eine optimierte Form der Kanalsysteme reduziert werden. Weiterhin gilt es, im System auftretende unerwünschte Luft- und Energieverluste zu minimieren.
Neben der Reduktion der Energieverbräuche hat das Projektteam die Transformation des Energiesystems im Fokus. Inwiefern kann die für das Haus notwendige Anlagentechnik mit erneuerbaren Energien betrieben werden? Herausfordernd sind hier die raumlufttechnischen Anlagen.
Sie werden "renewable-ready" gestaltet, wofür es derzeit keine Standards und keine Planungsvorgaben gibt. Das neue Energiesystem integriert u. a. Wärmepumpen und intelligente Wärme- und Kälterückgewinnung. Das Max Delbrück Center bewegt sich hier auf Neuland. Es entwickelt Lösungen, die als Vorbild für andere dienen können.
Verhalten im Laboralltag: das LEAF-Programm
Im Demonstrator-Labor werden neue technische Systeme erprobt – parallel lernen die Laborteams am Max Delbrück Center, wie sie ihren Alltag nachhaltiger gestalten können. Programme wie "My Green Lab" oder das Laboratory Efficiency Assessment Framework (LEAF) des University College London (UCL) vermitteln der Community, dass die nachhaltige Transformation auch eine kulturelle Komponente hat. Seit Herbst 2024 implementiert das Max Delbrück Center LEAF.
Eine Online-Plattform unterstützt die Labore mit jeder Menge Tipps dabei, ihren Energie- und Wasserverbrauch zu senken sowie Plastikmüll zu reduzieren. Je nach Umfang und Qualität der umgesetzten Maßnahmen erhalten sie eine Zertifizierung in Bronze-, Silber- oder Gold. In diesem Jahr wurden die ersten vier Arbeitsgruppen am Max Delbrück Center Bronze-zertifiziert. "Bronze zu erreichen ist gar nicht so schwer", sagt Svenja Steinfelder, Lab Managerin in einem der Pilotlabore. "Wichtig ist vor allem, das Bewusstsein für den Energieverbrauch zu schärfen – und Kolleg*innen dazu zu bringen, über Einsparpotenziale nachzudenken."
Der Pilot zeigte, dass selbst kleinste Verhaltensänderungen große Effekte haben können: Im Labor von Maike Sander zum Beispiel hat das Team das Probeninventar neu sortiert. Sie konnten so drei Kühlschränke abschaffen. Das Team um James Poulet spart Strom, indem es sich Ultra-Tiefkühlschränke mit anderen Arbeitsgruppen teilt.
Immer mehr Labore stellen die Temperatur ihrer Gefrierschränke auf –70 °C ein, da ein Unterschied von zehn Grad keinen Qualitätsverlust der Proben mit sich bringt. LEAF stellt auch Online-Rechner bereit, um den Energieverbrauch besser abzuschätzen. Das Team von Professorin Kathrin de la Rosa ist noch einen Schritt weiter gegangen: Es hat den Stromverbrauch jedes Geräts im Labor gemessen, das über einen Standardstecker betrieben wird.
Die Überraschung war groß: Allein die 230-Volt-Geräte verbrauchen mehr als 220 Kilowattstunden pro Woche. Das entspricht der Energiemenge, die zum vollständigen Aufladen von zwei Teslas benötigt wird. Und dabei sind die größten Stromfresser wie Tiefkühlgeräte und Gebäudetechnik noch gar nicht mitgerechnet.
Derzeit machen sechs weitere Labore im Zertifizierungsprozess mit. Nachhaltigkeitskoordinator Christian Panetzky erwartet, dass im kommenden Jahr weitere Labore einsteigen – auch weil immer mehr Fördermittelgeber die Laborzertifizierung ab 2026 zu einem verpflichtenden Antragskriterium machen. Bis Ende 2026 sollen mindestens die Hälfte aller Labore am Max Delbrück Center Bronze erreichen. Langfristig strebt das Zentrum flächendeckend Silber und Gold an.
Bedarfsgerechte und energieeffiziente Belüftung
Auf der Gebäude-Ebene liegen die größten Einsparpotenziale in der Belüftung. Gemäß der Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 526 werden Labore im Standardbetrieb mit einem Volumenstrom von 25 m³/Stunde pro m² Nutzfläche versorgt. Doch diese Regel stammt aus Zeiten, in denen Forschende in den Laboren deutlich mehr Gefahrstoffe verwendeten.
Das hat sich verändert: Beispielsweise wird DNA nicht mehr mit gesundheitsgefährdenden organischen Lösungsmitteln wie Phenol, Chloroform und Butanol extrahiert, sondern mit Silicagel-basierten Verfahren. Sie erfordern nur noch geringe Mengen alkoholhaltiger Lösungen. Ein weiteres Beispiel ist Xylol: Früher in der Histologie unverzichtbar, ist es durch weniger gefährliche Ersatzstoffe ersetzt.
Grundsätzlich erlaubt die Laborrichtlinie eine Reduktion der Belüftungsrate, sofern die Sicherheit der Arbeitnehmer und Arbeitnehmerinnen gewährleistet werden kann. Daher hat das Team am Max Delbrück Center eine großangelegte Gefährdungsanalyse durchgeführt. Sie ergab: Gefahrstoffe sind insgesamt stark zurückgegangen, auch die Gefahr für die Nutzer hat sich also deutlich reduziert. Das erlaubt neue Wege: flexible Regulation, reduzierte Luftwechselraten, Anpassung an den tatsächlichen Bedarf. Sicherheit bleibt oberstes Gebot. Doch der Energieaufwand kann deutlich sinken.
Zirkularität spart Ressourcen
Auch beim Bauen selbst setzt das Max Delbrück Center auf Nachhaltigkeit. Viele Labortische mit Steinzeug-Tischplatten und Lösemittelschränke im MDH waren nach Jahrzehnten noch gut nutzbar. Gemeinsam mit dem Flächenmanagement wurden sie gesichtet, katalogisiert und von einem Laborplaner auf ihre Wiederverwendbarkeit geprüft. Die dafür angelegte Datenbank enthält Angaben zu Produzenten, Produktserien, Rastermaßen und Montagearten.
Die Wiederverwendung der gesichteten Laboreinrichtung stieß bei den Nutzern und Nutzerinnen auf positive Resonanz. Die Demontage, Aufarbeitung und Remontage der Laboreinrichtung hat eine Fachfirma durchgeführt; direkt aufeinanderfolgend und ohne lange Lagerzeiten. "Diese Konstellation hat sich als ideal herausgestellt", sagt Ralf Streckwall. "So ging die Umsetzung sehr zügig. Das spart Ressourcen, Zeit und Kosten."
Kompetenznetzwerk für klimagerechtes Bauen
Das Demonstrator-Labor ist nicht nur für das Max Delbrück Center wichtig. Es hat Modellcharakter für die gesamte Forschungslandschaft. Den Wissenstransfer übernimmt das seit 2023 am Zentrum angesiedelte Helmholtz-Kompetenznetzwerk Klimagerecht Bauen (HKB).
Das HKB bündelt die Fachkompetenz der Helmholtz-Zentren bei Bau, Betrieb und Bewirtschaftung durch zentrumsübergreifendes Wissensmanagement. Es bietet Beratung, organisiert Weiterbildungen, sichtet baurelevante Forschung und neue Technologien und wirbt für bessere rechtliche Rahmenbedingungen. Ziel ist es, die Bau- und Sanierungsprozesse der Forschungsinfrastrukturen klimafreundlich zu gestalten und eine resiliente Nutzung zu ermöglichen.
Mit den 2024 veröffentlichten Handreichungen zur energieeffizienten Lüftung in Forschungslaboren hat das HKB bereits ein wesentliches Thema des Demonstrators aufgenommen. Die Modellprojekte zur Wiederverwendung von Labormöbeln wurden kürzlich publiziert.
"Es ist spannend zu beobachten, wie sich das Demonstrator-Projekt entwickelt hat", sagt Michael Hinz. Er hat zu Beginn als Nachhaltigkeitskoordinator im interaktiven Planungsteam mitgearbeitet und ist jetzt stellvertretender Teamleiter des HKB. "Wir sind gespannt auf den Realitäts-Check. Das Sanierungsprojekt des Max Delbrück Center kann wirklich beispielgebend für die deutschen und internationalen Forschungsbau werden."
AUTOREN
Michael Hinz, Christian Panetzky
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin
Tel.: 030/94 06-0
[email protected]
www.mdc-berlin.de
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