Die weltweite Zementproduktion ist für rund 6 bis 7 Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Deshalb hat sich die deutsche Zementindustrie mit ihrer CO2-Roadmap das Ziel gesetzt, bis 2050 klimaneutral zu werden. Doch wie kann die Dekarbonisierung gelingen?
Der Baustoff Beton ist ein Gemisch aus Gestein unterschiedlicher Korngrößen, Zement, Wasser sowie unterschiedlichen Zusätzen. Bezogen auf die Masse macht der Zement lediglich rund 12 Prozent des Betons aus, jedoch prägt er maßgeblich den CO2-Fußabdruck des Baustoffs.
Die Basis heutiger Zemente ist der sogenannte Zementklinker, der bei circa 1.450 °C Brenntemperatur hergestellt wird. Die CO2-Emissionen resultieren jedoch nur zu rund einem Drittel aus den Brennstoffen und zu rund zwei Dritteln aus chemischen Umwandlungsprozessen, die prozessbedingt sind.
Wie lässt sich nun Zement widerstandsfähig und gleichzeitig möglichst CO2-neutral und damit umweltfreundlicher herstellen? Ein wesentlicher Schlüssel zur klimafreundlicheren Bauweise ist die Reduzierung des Klinkeranteils im Zement durch weitere Zumahlstoffe. Einige der bisher verwendeten und sehr gut geeigneten Zumahlstoffe stammen allerdings aus der Roheisenherstellung mit Koks sowie aus Steinkohlekraftwerken – aus Bereichen also, die derzeit ebenfalls einem Wandel unterliegen.
Ziel der Zementindustrie und zahlreicher Forschergruppen ist es deshalb, geeignete neue Zumahlstoffe zu finden und daraus neue Zementsorten zu entwickeln, welche die hohen Anforderungen an Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Umweltverträglichkeit erfüllen.
Nutzungsdauer von entscheidender Bedeutung
Neben den Emissionen bei der Herstellung ist für die Nachhaltigkeit des Baustoffs Beton auch die Nutzungsdauer der Bauwerke von entscheidender Bedeutung. Häufig wird die Frage gestellt, warum Bauwerke der Römer wie beispielsweise das Pantheon in Rom und viele Sakralbauten einige der heutigen Beton-Bauwerke überdauern.
Ein Teil der Antwort sind die teils enormen Belastungen durch Verkehr, Umwelteinwirkungen und die Nutzung von Tausalzen zur Eisfreihaltung im Winter, die insbesondere den Infrastrukturbauwerken zusetzen. Gerade der Einsatz der Tausalze verursacht enorme Schäden an den Bewehrungsstählen, welche die heutige Stahlbetonbauweise erst ermöglichen.
Schnelltest für Widerstandsfähigkeit
Experten gehen davon aus, dass in Zukunft eine größere Anzahl an Zementen zum Einsatz kommt – und dass diese gezielt nach den Anforderungen der jeweiligen Bauwerke und Bauteile eingesetzt werden.
Prof. Dr. Christian Fischer und die Doktorandin Hannah Drenkard von der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt arbeiten derzeit daran, die aus neuen Zementen hergestellten Betone auf ihre Dauerhaftigkeit hin zu überprüfen. An der Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen führen sie im Labor für Werkstoffe sogenannte Chlorid-Migrations-Schnelltests durch, um den Widerstand der neuen Betone gegenüber Chloriden aus Tausalzen oder Meerwasser zu analysieren.
Die Gefahr durch Chloride besteht darin, dass sie den natürlichen, durch die hohe Alkalität des Betons vorhandenen Korrosionsschutz des Stahls lokal zerstören und der Stahl dann im Beton bei ausreichend Feuchtigkeit zu rosten beginnt.
Um die neuen Zemente für künftige Anforderungen zu testen, führt Fischers Team das in der Realität sehr langsame Eindringen der Tausalze in den Beton im Schnellverfahren durch: „Die bisher mehrheitlich analog und manuell geprägten Prüfverfahren zum Nachweis der Dauerhaftigkeit sollen mittels digitaler Prüf- und Auswertemethoden zuverlässiger und schneller gemacht werden. So können die auf neuen Zementen basierenden Betone beispielsweise schneller auf ihren Widerstand gegenüber schädlichen Chloriden aus Tausalzen geprüft werden.“
Für das FHWS-Forschungsprojekt erhielt das Forscherteam um Fischer den »FHWS-Sonderförderpreis Digital der Vogel Stiftung 2022«.
CO2-Roadmap zur Dekarbonisierung von Zement und Beton
Der Verein Deutscher Zementwerke e.V. (VDZ) hat eine Studie zur »Dekarbonisierung von Zement und Beton – Minderungspfade und Handlungsstrategien« veröffentlicht: Seit 1990 konnten so die CO2-Emissionen bereits um etwa ein Viertel reduziert werden.
„Bei der weiteren CO2-Minderung stößt die Zementindustrie jedoch zunehmend an Grenzen. Das liegt besonders an den prozessbedingten Emissionen der Klinkerherstellung, die mit heute verfügbarer Technik nicht minderbar sind”, so VDZ-Hauptgeschäftsführer Martin Schneider.
Mit konventionellen Minderungsmaßnahmen würde es bis 2050 gelingen, die CO2-Emissionen um 36 Prozent gegenüber 2019 zu verringern – das entspräche einer Reduktion von 50 Prozent gegenüber 1990.
Hier können Sie sich die Studie herunterladen »
