Beton bzw. Zement gilt als eine der klimaschädlichsten Baustoffe überhaupt. Aufgrund seiner energieintensiven Herstellung und der Freisetzung erheblicher Mengen an Treibhausgasen. Dennoch kann Beton das CO₂ auch aus der Atmosphäre aufnehmen – allerdings dauert dieser Prozess Jahrzehnte. Forschende haben jedoch eine innovative Lösung entwickelt, um die Klimabilanz von Beton zu verbessern. Umweltfreundlicher Beton?
Umweltsünder Beton
Bisher galt Beton als alles andere, als ein umweltfreundlicher Baustoff. Weltweit werden jährlich mehr als 4,6 Milliarden Tonnen Zement verwendet. Bei seiner Herstellung entstehen jedoch 2,8 Milliarden Tonnen CO₂, was fast acht Prozent der weltweiten Emissionen ausmacht.
Zum Vergleich: Das sind mehr als die Emissionen des Flugverkehrs und der Rechenzentren zusammen. Angesichts der zunehmenden Nachfrage in Schwellenländern wie Indien, Asien und Afrika wird erwartet, dass dieser Wert in den kommenden Jahren sogar noch weiter steigen wird.
Problematisch am Beton ist natürlich hauptsächlich der Zement. Dieser fungiert als Bindemittel. Eine Art Kleber, der das Wasser, den Kies und den Sand zusammenhält. Bei der Herstellung des Betons benötigt man sogenannte „Zementklinker“. Dieser wird aus Ton, Kalkstein und Sand gebrannt – bei mehr als 1400 Grad. Bei eben diesem Herstellungsprozesses entsteht eine ganze Menge CO₂.
Umweltfreundlicher Beton und der natürliche Vorgang der Karbonatisierung
Doch Beton macht das Klima nicht nur kaputt, denn er hat auch die Fähigkeit, zumindest teilweise, klimaschädliche Gase später wieder zu binden. Dies geschieht durch den Prozess der Karbonatisierung, bei dem CO₂ aus der Luft mit dem in Beton vorhandenen Calciumhydroxid reagiert und Calciumcarbonat (Kalkstein) bildet.
Bei Stahlbeton ist dieser Vorgang jedoch unerwünscht, da er den pH-Wert des Betons verändert und somit die Korrosion der Bewehrungsstähle verstärkt. Dennoch beeinträchtigt die Karbonatisierung im Allgemeinen nicht die Festigkeit des Zements im Beton. Abhängig von der Zusammensetzung des Betons kann dieser chemische Prozess sogar dazu führen, dass das Material fester wird, und gleichzeitig wird CO₂ gebunden.
Karbonatisierungsprozess verläuft langsam
Bevor der Beton jetzt als Wundermittel gepriesen wird, Vorsicht: Der Karbonatisierungsprozess verläuft jedoch langsam, dauert über viele Jahrzehnte und ist von verschiedenen Faktoren abhängig.
In der Forschung wird jedoch bereits seit langem darüber nachgedacht, wie dieser chemische Prozess genutzt werden kann, um die Klimabilanz bestimmter Betonarten zu verbessern. Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben nun eine Lösung entwickelt, die bereits im Betonwerk beginnt: Recyclingbeton wird hierbei mit dem Treibhausgas versetzt, um die CO₂-Aufnahme zu beschleunigen.
Wirksamkeit der Herstellung klimafreundlicheren Betons bestätigt
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind überraschend. Unter dem Mikroskop konnten deutliche Veränderungen an den Proben festgestellt werden. Die Oberfläche wies helle und dunkle Flecken auf, die darauf hinwiesen, dass sich der ursprüngliche Zementstein verändert hatte.
Die hellen Flecken bestanden aus Calciumcarbonat, während die dunklen Flecken Calcium-Silicat-Hydrat (C-S-H) darstellten – das Hauptprodukt der Zementhydratation, das dem Beton seine Festigkeit verleiht.
Durch die Karbonatisierung wurde dem Calcium-Silicat-Hydrat ein Teil des Calciums entzogen. Das Ergebnis war eine geringere Kalkmenge im C-S-H, was dazu führte, dass es mit neu gebildeten Zementverbindungen in Recyclingbetonen reagieren konnte. Diese Reaktion erhöhte die Druckfestigkeit des Betons.
Feuchtigkeit als weiterer wichtiger Faktor
Des Weiteren ergaben die Studien, dass die Feuchtigkeit einen wesentlichen Einfluss auf die CO₂-Aufnahme hat. Trockenes Granulat (der Füllstoff im Beton, der die Festigkeit verbessert) ist demnach in der Lage, CO₂ deutlich schneller aufzunehmen als feuchtes Granulat.
Da Recycling-Granulat jedoch üblicherweise im Freien gelagert wird, stellt sich die Frage, ob die Lagerungsbedingungen zukünftig angepasst werden sollten.
Umweltfreundlicher Beton
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die vorgestellte Methode Beton auf zweifache Weise umweltfreundlicher gestalten kann: Erstens kann Recyclingbeton durch die CO₂-Aufnahme dazu beitragen, die Belastung der Atmosphäre zu verringern. Zweitens kann das durch CO₂ gestärkte Material eine höhere Festigkeit aufweisen, was es ermöglicht, den Zementanteil in Recyclingbetonen zu reduzieren.
Dadurch ergibt sich ein Potenzial zur CO₂-Einsparung von etwa 15 Prozent. Darüber hinaus legen die Untersuchungen nahe, dass auch das Recyclingwasser in der Lage ist, CO₂ zu binden.
Umweltfreundlicher Beton und sein Potenzial zur Bindung von CO₂
Ansätze zur CO₂-Speicherung im Beton zeigen vielversprechende Möglichkeiten, um die Umweltauswirkungen der Betonherstellung zu mindern. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Technologien und Ansätze weiterhin erforscht und entwickelt werden müssen.
Die Implementierung des Verfahrens, bei dem Recycling-Granulat im Werk CO₂-Gas ausgesetzt wird, hängt hauptsächlich von technischen und finanziellen Faktoren ab. Ebenso ist von Bedeutung, wie sich die Karbonatisierung von Recycling-Granulat langfristig auf verschiedene Betonarten auswirkt.
Erste Lebenszyklus-Analysen deuten jedoch darauf hin, dass das karbonatisierte Material im Vergleich zu Beton mit herkömmlichem Zement und ohne Recyclingmaterial den Treibhausgas-Effekt netto um etwa 13 Prozent reduzieren kann. Die Entwicklung eines umweltfreundlicheren Betons sollte in der Bauindustrie daher oberste Priorität genießen.
Titelbild © Simone Hutsch via Unsplash (Zugriff 24.02.2024)