Die Herausforderung der Betonproduktion
Beton ist das weltweit am meisten verwendete Baumaterial und seine Herstellung ist besonders umweltschädlich. Der Betonherstellungsprozess ist allein für etwa 8% der gesamten globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Leider ist es nicht einfach, Beton zu recyceln, um ihn für neue Betonstrukturen wiederzuverwenden – hier wird er meist zu Schutt.
Forschung zur grüneren Nutzung von Beton
Wissenschaftler haben bereits vielfältige Wege erkundet, Beton umweltfreundlicher zu gestalten. Eine Möglichkeit ist, die Rezeptur zu ändern, um die umweltschädlichsten Zutaten, insbesondere Kalkstein, zu ersetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Beton so zu designen, dass er nach dem Verlegen mehr CO2 aus der Luft aufnimmt. Cambridge-Forscher untersuchten nun, wie Abfallbeton in Klinker, die trockene Komponente von Zement, zurückverwandelt werden könnte.
Die revolutionäre Idee
Dr. Cyrille Dunant, Hauptautor der Studie, erklärte: "Ich hatte eine vage Idee aus früheren Arbeiten, dass es möglich wäre, alten Beton zu zerkleinern, den Sand und die Steine zu entnehmen, den Zement zu erhitzen, um sein Wasser zu entfernen, und dann würde er sich wieder in Klinker formen." Eine Verbindung mit einem Bad aus Flüssigmetall könnte diesen chemischen Prozess unterstützen. "Ein Lichtbogenschmelzofen, der normalerweise zur Stahlrecycling- verwendet wird, schien eine starke Möglichkeit zu sein. Wir mussten es ausprobieren."
Der Lichtbogenschmelzofen als Schlüssel
Ein Lichtbogenschmelzofen benötigt ein „Flussmittel“, üblicherweise Kalk, um den Stahl zu reinigen. Diese geschmolzene, felsige Substanz fängt die Unreinheiten ein, steigt an die Oberfläche und bildet eine schützende Schicht gegen die Luft. Am Ende des Prozesses wird das gebrauchte Flussmittel normalerweise als Abfall entsorgt. Für die Cambridge-Methode wurde das Kalkflussmittel durch das recycelte Zementpaste ersetzt.
Erfolgreiche Tests
Das erstaunliche Ergebnis war, dass das recycelte Zementpaste den Stahl genauso gut reinigen konnte. Wenn das übriggebliebene Schlacke schnell an der Luft abgekühlt wurde, entstand neuer Portland-Zement. Dieser daraus resultierende Beton weist ähnliche Leistungen wie das ursprüngliche Material auf, was eine breite Anwendung ermöglicht.
Wirtschaftliche und ökologische Vorteile
Die Forscher betonten, dass diese Technik die Produktionskosten für Beton oder Stahl nicht maßgeblich erhöht. Sie reduziert aber die CO2-Emissionen verglichen mit den üblichen Herstellungsmethoden erheblich. Besonders positiv ist, dass, wenn der Lichtbogenschmelzofen mit erneuerbaren Energiequellen betrieben wird, dieser Prozess tatsächlich emissionsfreien Zement erzeugen kann.
Industrielle Skalierung in Sicht
Die Technik wurde bereits in Öfen getestet, die einige Dutzend Kilogramm Zement produzieren. Die Forscher berichteten, dass die ersten industriell groß angelegten Versuche diesen Monat beginnen. In diesen Versuchen werden etwa 66 Tonnen Zement in zwei Stunden hergestellt. Das Ziel ist es, bis 2050 eine Milliarde Tonnen "Elektrischer Zement" zu produzieren.
Weniger Beton verwenden
Professor Julian Allwood, der die Forschung leitete, betonte: "Produzierter Null-Emissions-Zement ist ein absolutes Wunder, aber wir müssen auch die Menge an Zement und Beton reduzieren, die wir verwenden. Beton ist billig, stark und kann fast überall hergestellt werden – aber wir verwenden einfach viel zu viel davon."
Potenzial für den Bauindustrie und Regierungspolitik
Neben dem Durchbruch für die Bauindustrie hoffen die Forscher, dass "Cambridge Electro Cement" auch als Signal für die Regierung dient. Es zeigt, dass die Möglichkeiten für Innovation auf unserem Weg zu null Emissionen weit über den Energiesektor hinausgehen. Ein Patent für den Prozess wurde als erster Schritt zur Kommerzialisierung angemeldet.
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Zusammenfassung der Vorteile
Im Wesentlichen hat diese neuartige Methode mehrere Vorteile. Sie reduziert signifikant die CO2-Emissionen, bringt keine nennenswerten zusätzlichen Kosten mit sich und ermöglicht die einfache Nutzung erneuerbarer Energien – ein wahres Wunder in der nachhaltigen Zementproduktion.
Beton ist hinlänglich bekannt als Material mit hohem CO2-Fußabdruck. Durch die Innovation aus Cambridge könnte sich das ändern. Auf dem Weg zu einer ökologisch nachhaltigeren Bauindustrie ist dieser Durchbruch ein bedeutender Meilenstein. Für eine wirklich nachhaltige Zukunft sind solche technologischen Fortschritte von entscheidender Bedeutung. Die Herausforderung wird nun darin bestehen, Politiker und Industrielle gleichermaßen zu überzeugen – um die Nutzung und Akzeptanz dieser innovativen Methodik zu fördern.
Quelle: Dunant, C.F., Joseph, S., Prajapati, R. et al. Electric recycling of Portland cement at scale. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07338-8