Beton, der mit alternativen Beimengungen klimafreundlicher gemacht ­werden kann: Die »Carbon Storage Concrete« -Technologie ist eine ­greifbare, nachhaltige und dauerhafte Kohlenstoffsenke.

Der Baustoff Beton wird schon seit Langem von der ökologischen Seite her kritisch betrachtet. Insbesondere in jüngerer Zeit ist das Argument »Beton belastet das Klima« hinzugekommen.

Der Grund dafür ist der verwendete Zement, dessen globaler Verbrauch derzeit bei rund 4,8 Milliarden Tonnen liegt. Dieser Bedarf wird laut Prognosen aufgrund der Bevölkerungsentwicklung, der Urbanisierung und des zunehmenden Infrastrukturausbaus bis 2050 um gut 20 Prozent im Vergleich zu 2020 steigen. Es wird daher intensiv daran geforscht, Ersatzmaterialien für Zement zu finden und auch mit alternativen Beimengungen den Beton klimafreundlicher zu machen.

Das bestimmende Element im Beton ist der Zement, der mit Wasser vermischt ein gutes Bindemittel für Sand ergibt und dem Beton nach dem Aushärten seine unvergleichlichen Festigkeitseigenschaften gibt. Doch bei der Zementherstellung entsteht extrem viel CO2.
Global sind es ca. 2,8 Milliarden Tonnen, rund acht Prozent der globalen Treibhausgasemissionen. Durch die Verarbeitung zu Beton und den Transport kommen nochmals CO2-Emissionen hinzu.

Wenn die Betonindustrie ein Land wäre, würde sie im Länderranking an dritter Stelle liegen. Rechnet man die Emissionen auf die produzierte Menge zurück, so fallen 500 bis 600 kg CO2 pro produzierter Tonne Zement an. Der exakte Wert sind 521 kg CO2 pro Tonne für Zement aus Österreich gemäß Jahresbericht 2018/2019 der VÖZ beziehungsweise 587 kg CO2 pro Tonne für Zement produziert in Deutschland gemäß WWF Deutschland (Stand Februar 2019, »Klimaschutz in der Beton- und Zementindustrie. Hintergrund und Handlungsoptionen«).

Die Gründe für die vergleichsweise hohen Emissionen sind das aufwändige und ressourcenintensive Herstellungsverfahren, sowie die ablaufende chemische Reaktion durch das Brennen von Calciumoxid. Gewonnen wird es aus Kalkstein, der im Wesentlichen aus Calciumkarbonat (CaCO3) besteht. Dieser wird gebrannt (calciniert), wodurch CO2 frei wird und das benötigte Calciumoxid (CaO) übrig bleibt.

Doch das ist nur die eine Hälfte der Emissionen, denn bei dem Prozess müssen der Kalkstein und weitere Inhaltsstoffe gemahlen und auf mehr als 1.450 Grad Celsius erhitzt werden.
Um die benötigte Temperatur zu erreichen – an den Brennern bis 2.000 Grad Celsius –, werden hauptsächlich fossile Brennstoffe eingesetzt.

Die nationalen und internationalen Klimaziele erfordern es daher, Zemente ab 2050 klimaneutral herzustellen. Da aber natürlich auch die historisch verursachten Emissionen von Bedeutung sind – es wurden zwischen 1930 und 2020 rund 105 Milliarden Tonnen an Zement produziert – haben sich die Geowissenschaften mit dem Baustoff Beton befasst und herausgefunden, dass CO2 wieder im Beton aufgenommen werden kann.

Die Lösung: Carbonatisierung?

Diese Umkehr der Kalzinierung heißt Carbonatisierung. Dabei absorbiert der Zement langsam Kohlendioxid aus der Luft. Theoretisch könnte der Zement langfristig sogar die gesamte Menge des bei seiner Herstellung emittierten Kohlendioxids wieder aufnehmen. Allerdings ist die Carbonatisierung ein sehr langsamer Prozess. Von den Oberflächen mit Luftkontakt ausgehend, bewegt sie sich nach innen, wenn auch mit zunehmendem Alter des Materials immer langsamer.

Dünn aufgetragener Mörtel ist daher wesentlich schneller durchcarbonatisiert als eine massive Betonwand, da durch die größere Fläche in kurzer Zeit mehr Kohlendioxid aufgenommen werden kann. Theoretisch würden 97,9 Prozent der ursprünglichen Emissionen während seiner Einsatzzeit wieder aufgesaugt. Beton in klassischer Verarbeitung dagegen schluckt laut der Studie nur rund 16 Prozent der bei seiner Herstellung frei gewordenen Kohlendioxidmenge.

Diese grundsätzliche Erkenntnis der Carbonatisierung wurde in mehreren Studien bestätigt und auch im jüngst veröffentlichten IPCC Report entsprechend anerkannt. Da Beton jedoch vielfältig eingesetzt wird, wurden in den umfangreichen Studien verschiedenste Anwendungen durchgeführt und untersucht.
Es kann so unter konservativer Annahme der Anwendungen und Einsatzzeiten von einer Rekarbonisierung oder Carbonatisierung von 20 bis 23 Prozent der ursprünglichen CO2-Emissionen ausgegangen werden. Somit gilt es, in Bezug auf den Zement die Rest-CO2-Emissionen, die bei der Herstellung entstehen, zu eliminieren.

Diesem Vorhaben hat sich ein Team rund um die Firmen In2ovation zusammen mit dem Ingenieurbüro Axel Preuß, ­SynCraft und weiteren Partnern gestellt und die Technologie »CarStorCon« entwickelt. Dabei entstand ein Beton, bei dem bis zu 15 Prozent Zement durch den technischen Kohlenstoff »Clim@Add« ersetzt wurden.

Es ist dem Team bei dem Versuch aber nicht nur gelungen, den technischen Kohlenstoff so zu konfektionieren, dass in Summe eine klimapositive statt einer klimabelastenden Wirkung von Beton erzielt werden konnte. Es konnten auch die physikalischen Eigenschaften des Betons deutlich verbessert werden, wie erste, bereits wiederholte Testreihen zeigen.
Sowohl in Sachen Druckfestigkeit als auch in Sachen Oberflächeneigenschaften steht der Klimabeton seinem konventionellen Gegenüber in nichts nach.

»Ganz im Gegenteil, es sieht eher danach aus, als ließen sich deutliche Verbesserungen damit erzielen«, meint Axel Preuß, Ingenieur aus Osteel, Norddeutschland. So kam es zur Geburtsstunde der CarStorCon-Technologie. Es ist der erste Klimabeton, der nicht nur klimapositiv ist, sondern gegenüber einem konventionellen Betonprodukt mit Mehrwert punkten kann. Die Carbon-Storage-Concrete-Technologie ist eine greifbare, nachhaltige und dauerhafte Kohlenstoffsenke, eine wirkliche NET (»Negative Emission Technology«).

Basis der Technologie ist der entwickelte Zuschlagsstoff Clim@Add. Er besteht zu 98 Prozent aus technischem Kohlenstoff. Dieser technische Kohlenstoff fällt als Nebenprodukt der klimapositiven Energiesysteme von ­SynCraft an. Diese Systeme stellen neben dem Kohlenstoff aus Waldrestholz auch noch Strom und Wärme nachhaltig und regional bereit und zählen damit zu den modernsten Holzkraftwerken.

Durch die Substituierung von 15 Prozent Zement mit 15 Prozent Clim@Add gelingt es, klimapositiven Beton herzustellen, der in seinen Eigenschaften einem entsprechenden Referenzbeton (C25/30) mindestens ebenbürtig ist, ja diesen sogar übertreffen kann. Er lässt sich ideal verarbeiten und bietet so vielfältige Möglichkeiten in der Anwendung.

Neben den klimapositiven Eigenschaften, die der Beton durch die Anwendung von Clim@Add erhält, beeinflussen die technischen Gegebenheiten den Beton ebenfalls positiv, wie zum Beispiel die hohe Druckfestigkeit durch die CarStorCon-Technologie. Hinzu kommen die Verbesserung der inneren Nachbehandlung, der verbesserte Schallschutz oder das günstigere Wärmedämmverhalten. Und natürlich nicht zu vergessen die deutlich besseren feuchteregulierenden Eigenschaften.

Gemeinsam für das Klima 

Diese Technologie bewirkt die Verwandlung eines Klimakillers in einen Helfer bei der Klimarettung.
Damit dies gelingt, heißt es Expertise und Anstrengung zu bündeln. In2ovation hat die Technologie übernommen und entwickelt aktuell ein entsprechendes Vermarktungskonzept. In einem groß angelegten Forschungsvorhaben mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin soll der nächste Entwicklungsschritt begleitet werden, sodass CarStorCon schnell erwachsen werden kann.

Bei allen Hürden, die Klimabeton noch wird nehmen müssen, kann man eines jetzt schon festhalten: der Weg zu einem nicht nur klimafreundlichen, sondern sogar klimapositiven Beton ist geebnet. Zahlreiche Einsatzgebiete warten auf diese bautechnische Innovation.

Der Autor



Werner Kössler ist Experte in Nachhaltigkeitsmanagement mit 30 Jahren Erfahrung aus verschiedenen Branchen und Unternehmen.

Seinen aktuellen Beratungsschwerpunkt sieht er im derzeit wohl wichtigsten Menschheitsthema, der Verringerung des CO2-Fußabdruckes. Seine Berufung und Leidenschaft liegen in der aktiven Gestaltung von Unternehmen hin zur bewussten und umfassenden Wahrnehmung von Aspekten der Nachhaltigkeit, dazu zählen »Carbon-Management« und Kreislaufwirtschaft. Kössler ist Buchautor und Lektor.

Info unter dem Link: www.koessler-sustainability-consulting.at