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Ökozement reduziert CO2-Emissionen und Produktionskosten

Reduziert CO2-Emissionen und Produktionskosten
Ökozement aus Abraum- und Abfallstoffen

Ökozement aus Abraum- und Abfallstoffen
Abraum- und Abfallstoffe, die beispielsweise beim Abbau von Gestein entstehen, haben ein hohes Potenzial für die Anwendung in der Zement-Produktion. Bild: Universität Trier | Karlis Kukemilks

In einem von der Universität Luxemburg geleiteten Projekt haben Forschende der Uni Trier ein vielversprechendes Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe industrielle Abraum- und Abfallstoffe für die Herstellung sogenannter Ökozemente genutzt werden können.

Weltweit zählt die Bauindustrie zu den größten CO2-Emittenten. Insbesondere durch die Zement-Produktion werden große Mengen an CO2 freigesetzt, die etwa acht Prozent des jährlichen globalen CO2-Ausstoßes ausmachen.

In einem von der Universität Luxemburg geleiteten Projekt forschen Wissenschaftler deshalb an der Herstellung von sogenannten Ökozementen aus natürlichen Materialien. Die Projektergebnisse zeigen, dass bergbauliche Abraum- und Abfallstoffe in der Zement-Herstellung eingesetzt werden können. Dadurch lassen sich konventionelle Primärrohstoffe ersetzen und CO2-Emissionen reduzieren. Darüber hinaus ist diese innovative und umweltfreundlichere Alternative auch aus wirtschaftlicher Sicht von hohem Interesse.

Große Bandbreite an Abraum- und Abfallstoffen

In der Grenzregion Deutschland, Luxemburg, Frankreich, Belgien fällt eine große Bandbreite an bergbaulichen und industriellen Abraum- und Abfallstoffen an. Sie weisen ein hohes Potenzial für die Anwendung in der Zement-Produktion auf, werden aber bislang nicht dafür genutzt. Zu diesen Materialien zählen Kieswäscheschlämme, die beim Kies- und Sandabbau anfallen, daneben aber auch Stäube aus der Quarzitgewinnung und Rückstände aus dem Kalk- und Dolomit-Abbau.

Der konsequente Ersatz von konventionell genutzten Ressourcen durch diese Abfallmaterialien zur Ökozement-Produktion könnte die hohen CO2-Emissionen der Bauindustrie künftig deutlich reduzieren.

Alternative zu klimaschädlichem Zement gefunden

Elf vielversprechende Materialien identifiziert

In dem von der Universität Luxemburg geleiteten Projekt hat das Fach Geologie der Universität Trier die Aufgabe übernommen, diverse Abfallstoffe aus der Region auf deren Eignung für eine alternative Zement-Herstellung zu prüfen. Maßgeblich für ihre Eignung für die Zementindustrie sind die spezifischen mineralogischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften der untersuchten Abraum- und Abfallstoffe. Zudem müssen sie in einer für die industrielle Anwendung ausreichenden Menge zur Verfügung stehen.

Bislang hat die Forschungsgruppe elf vielversprechende Materialen identifiziert, die sich durch eine Reihe von Gemeinsamkeiten auszeichnen, wie zum Beispiel Feinkörnigkeit und einen hohen Anteil an spezifischen Tonmineralen, durch deren Reaktivität eine hohe Festigkeit des Zements erreicht werden kann.

An dem durch das EU-Programm »Interreg (Großregion)« geförderten Projekt CO2REDRES sind auch die Universitäten Lüttich und Lothringen beteiligt, die aus geeigneten Materialien neue Zement-Zusammensetzungen und Beton-Rezepturen entwickeln. Die Universität Lüttich ist mit der Erstellung von Ökobilanzen beauftragt, die ökologische Auswirkungen der neuen Zemente und ihrer Produktionsprozesse analysieren.

Zement-Ersatz aus Stahlproduktion

Zwei grundlegende Strategien

Zur Herstellung von sogenanntem Ökozement werden zwei grundlegende Strategien verfolgt: Beim ersten Verfahren, an dem die Universität Luxemburg arbeitet, wird konventionell genutzter Portland-Zement teilweise durch Alternativ-Materialen ersetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem 20-prozentigen Ersatz von Portland-Zement durch gebrannten Ton, der beispielsweise beim Kiesabbau in der Eifel anfällt, sogar höhere Festigkeiten erreicht werden können. Gleichzeitig reduzieren sich der Energieaufwand und die CO2-Emissionen.

Bei der zweiten Strategie, die Geologen der Universität Trier untersuchen, wird komplett auf Portland-Zement verzichtet und auf einen ganzheitlichen Einsatz neuartiger Bindemittel gesetzt. Die Trierer Wissenschaftler forschen hier an sogenannten Geopolymer-Zementen aus CO2-freien Alternativ-Materialien. Die Zement-Zusammensetzung besteht überwiegend aus gebrannten Tonmineralen, die durch die Zugabe einer Lauge aktiviert werden.

Dieses Fertigungsverfahren gestaltet sich komplexer als im Fall von konventionellem Zement, jedoch konnten mit neuen Ökozement-Rezepturen aus Kieswaschschlämmen Druckfestigkeiten erreicht werden, die ungefähr mit der Last von drei Pkw auf einer Fläche von 16 cm² zu vergleichen sind.

Im Vergleich zu Portland-Zement ist eine solche Festigkeit als durchschnittlich zu bewerten. Es entstehen jedoch während des Brennens des Alternativ-Materials keine CO2-Emissionen, und auch die benötigte Brenntemperatur ist deutlich geringer, was sich positiv auf die Energiebilanz des Ökozements auswirkt. Darüber hinaus zeichnen sich Geopolymer-Zemente durch einen hohen Widerstand gegen Säure- und Sulfatangriff aus und sind besonders hitze- und brandbeständig.


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