Auf dem Weg zu umweltfreundlicherem Zement

Beton ist nach Wasser der am häufigsten genutzte Baustoff der Erde. Schätzungen zufolge werden weltweit jährlich über 25 Milliarden Tonnen Beton verbraucht – mehr als drei Tonnen Beton pro Person. Mit der fortschreitenden Industrialisierung Chinas, Indiens und anderer Länder wird der weltweite Betonverbrauch weiter steigen.

Warum ist das wichtig?

Da die Herstellung von Zement, dem Hauptbestandteil von Beton, 5 % des weltweiten Kohlendioxidausstoßes (CO₂) Emissionen, die auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind, die möglicherweise zum globalen Klimawandel beitragen.

Kohlendioxid wird im gesamten Zementherstellungsprozess an mehreren Stellen freigesetzt. Zunächst wird Energie für den Abbau von Kalkstein, einem Hauptbestandteil von Zement, und für den Transport zum Zementwerk verbraucht.

Im Werk wird der Kalkstein mit Wasser und anderen Materialien vermischt und anschließend einem chemischen Prozess namens „Kalzinierung“ unterzogen. Bei diesem Prozess werden der Kalkstein und die anderen Zutaten bei extrem hohen Temperaturen von etwa 2700 Grad Celsius gebrannt.

Bei der Kalzinierung entsteht sowohl direktes als auch indirektes CO₂ -Emissionen. Der Bericht der Cement Sustainability Initiative schätzt, dass 60 % der CO₂ -Emissionen des Zementwerks sind direkt auf die chemische Reaktion zurückzuführen, die durch den Kalzinierungsprozess selbst ausgelöst wird. Die anderen 40 % stammen aus indirekten Emissionen, die mit diesem Prozess verbunden sind – dem CO₂ aus den fossilen Brennstoffen freigesetzt, die zum Befeuern der Öfen und Erzeugen der notwendigen Wärme benötigt werden.

Da Beton nach wie vor ein zentraler Bestandteil von Bauprojekten auf der ganzen Welt ist, wird nach Möglichkeiten gesucht, ihn umweltfreundlicher zu machen.

Wachsende Möglichkeiten zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von Zement

Mit erheblichen Auswirkungen gehen erhebliche Chancen einher. Da die Zementherstellung einen großen Beitrag zum weltweiten CO₂ -Emissionen könnten durch vorteilhafte Änderungen im Herstellungsprozess diese Emissionen deutlich reduziert werden.

Es gibt drei wesentliche Möglichkeiten zur Reduzierung von CO₂ Emissionen:

1. Reduzieren Sie die indirekten Emissionen, indem Sie den Bedarf an fossilen Brennstoffen zum Befeuern der Öfen zur Verarbeitung der Kalksteinmischungen reduzieren.
2. Reduzieren Sie die direkten Emissionen aus dem Kalzinierungsprozess, im Allgemeinen indem Sie die benötigte Kalksteinmenge reduzieren oder die Rezeptur der Mischung, die die Kalzinierung durchläuft, anderweitig ändern.
3. Verwenden Sie Carbon Capture and Storage (CSS)-Ansätze, um das CO einzufangen₂ die entweder direkt oder indirekt beim Zementherstellungsprozess freigesetzt werden.

Sowohl Unternehmen als auch akademische Einrichtungen entwickeln kreative Wege, um den CO2-Fußabdruck von Zement zu reduzieren. Sie orientieren sich dabei sowohl an der Natur als auch an der Antike. Hier sind einige der vielversprechendsten:

• Calera, ein kalifornisches Unternehmen, versucht, die CO₂ von anderen Industrien emittiert und diese Emissionen in Ausgangsmaterial für Beton umgewandelt, wodurch der Kalkstein ersetzt wird. Dieser Prozess, der der natürlichen Entstehung von Korallenriffen nachempfunden ist, filtert das gesammelte CO₂ Emissionen durch Meerwasser. Das Ergebnis ist ein kalkhaltiges Material, das als Betonbestandteil verwendet werden kann und für dessen Verarbeitung nicht die extreme Hitze von Kalkstein benötigt wird.
  
• Grünsteinzement: Forscher der Drexel University entdeckten, dass Teile der antiken Pyramiden Ägyptens aus Beton und nicht aus massivem Stein gebaut waren. Begeistert von der Langlebigkeit der Pyramiden untersuchten die Forscher, wie sich dieses langlebige Material umweltfreundlicher gestalten ließe. Sie begannen damit, recycelbare Materialien – hauptsächlich Industrieabfälle – mit geringeren Mengen Kalkstein zu kombinieren. Anschließend fügten sie der modifizierten Mischung eine geringe Menge einer alkalischen Chemikalie hinzu – in einem Verfahren, das nur sehr wenig Hitze benötigt. Sie schätzen, dass dieser alkalisch aktivierte Zement 97 % weniger COXNUMX ausstößt.₂ als herkömmlicher Portlandzement.
• MIT-Forschung: Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology haben keine Bestandteile der Zementrezeptur verändert, um die direkte CO2-Belastung zu reduzieren.₂ Emissionen. Stattdessen optimierten sie das Verhältnis der Inhaltsstoffe. Der Industriestandard für die Herstellung von starkem, stabilem Zement war ein Calcium-Silica-Verhältnis von 1:7. Die Forscher stellten die Notwendigkeit dieses Standards in Frage und führten Tests durch. Sie kamen zu dem Schluss, dass ein Verhältnis von 1:5 nicht nur einen stärkeren Zement ergibt, sondern auch die CO₂-Emissionen reduzieren kann.₂ -Emissionen aus dem Herstellungsprozess um bis zu 60 %.
  
• Ferrock™: Dieser an der Universität von Arizona entwickelte Zement ist ein Ersatz für Portlandzement. Dieser neue Zementtyp wird aus Stahlstaub, einem industriellen Abfallprodukt, hergestellt. Der Prozess zur Umwandlung von Stahlstaub in ein Bindemittel, das den Zement im Beton ersetzen kann, erfordert hohe Mengen an CO₂. Der Herstellungsprozess von Ferrock™ absorbiert CO₂ anstatt es auszustrahlen.

Können diese Optionen herkömmlichen Zement wirklich ersetzen?

Es ist eine Sache, Möglichkeiten zu finden, die Zusammensetzung des Zements so zu verändern, dass der CO2-Fußabdruck des Zements reduziert wird. Genauso wichtig ist aber die Frage: Wirken sich diese Veränderungen positiv auf die Eigenschaften des entstehenden Betons aus?

Die bisherigen Antworten waren überraschend positiv und scheinen eine Win-Win-Situation zu schaffen. Forscher in Unternehmen und Universitäten haben Festigkeits- und Haltbarkeitstests durchgeführt und festgestellt, dass ihre neuen Produkte einen Beton ergeben, der die Festigkeits- und Haltbarkeitseigenschaften von Beton aus bewährtem Portlandzement erreicht oder übertrifft.

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Egal, wie schnell die treibenden Kräfte der Zementindustrie die Gesellschaft auf umweltfreundlicheren Zement umstellen, einige Dinge werden sich wohl nicht ändern. Der Aushärtungsprozess von Beton (die chemische Reaktion, die beim Aushärten des Zement-Wasser-Gemischs zur Bildung des Betons stattfindet) bestimmt nach wie vor die Haltbarkeitseigenschaften des Betons.

Auch wenn neue experimentelle Betonmischungen eines Tages den Einsatz neuer Methoden zur Betonfeuchtigkeitsprüfung nahelegen, bleibt der Bedarf des Bodenlegers an einem genauen Bild des Feuchtigkeitszustands der Platte unverändert. Informationen zum Feuchtigkeitszustand sind immer von entscheidender Bedeutung für die Entscheidung, ob eine Betonplatte für den fertigen Bodenbelag bereit ist.

Aktuelle Forschungen zeigen deutlich, dass die zuverlässigste Methode zur Messung der Betonfeuchtigkeit eine Sonde für die relative Luftfeuchtigkeit (RH) vor Ort verwendet, wie sie in der Wagner Meters Rapid RH^® KitsDie Verwendung anderer Feuchtigkeitstests kann ein unnötiges Risiko für schwerwiegende Schäden am Bodenbelag bedeuten. Denken Sie immer daran: Es gleich beim ersten Mal richtig zu machen, ist nicht nur wirtschaftlich sinnvoll, sondern auch ökologisch sinnvoll!

Jason Spangler

Jason verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung im Vertrieb und Vertriebsmanagement in verschiedenen Branchen und hat erfolgreich verschiedene Produkte auf den Markt gebracht, darunter die originalen Rapid RH® Betonfeuchtetests. Derzeit arbeitet er bei Wagner Meters als Vertriebsleiter für Rapid RH®.

Zuletzt aktualisiert am 6. Dezember 2021