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CO2-Emissionen im BausektorZementproduktion kann klimafreundlicher werden

Gesteinsformationen aus Aluminiumerz Bauxit
Beim Abbau des Aluminiumerzes Bauxit – hier in Italien – bleibt als Abraum meist der darüber liegende Belterra-Lehm zurück. Diesen wollen Forscher jetzt für die Zementherstellung nutzen. (Foto: Palickap / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0)

Acht Prozent der anthropogenen Treibhausgasemissionen weltweit gehen allein auf die Zementherstellung zurück. Mit einem bislang ungenutzten Abraumprodukt bei der Bauxitförderung als Ersatz-Rohstoff ließe sich CO2 dabei um bis zu 60 Prozent senken.

07.09.2021 – Mit weltweit rund 2,8 Gigatonnen CO2-Emissionen gehört die Zementindustrie zu den großen Klimasündern. Der globale Zement- und Betonbedarf wird Schätzungen zufolge aufgrund von Urbanisierung und Infrastrukturprojekten bis 2050 im Vergleich zu 2014 sogar noch um 12 bis 23 Prozent steigen.

Unsere gesamte Infrastruktur ist auf Zement-Basis gebaut. Von Brücken und Straßen über Fabrikhallen und Gewerbebauten bis hin zu Staudämmen – aber auch Büro- und Wohngebäude: Vor allem im Gebäudesektor gäbe es allerdings ökologische Alternativen zu Zement und Beton. Doch die Bauindustrie will sich nur schwer davon trennen.

Die Emissionen in der Zement- und Betonherstellung entstehen zum großen Teil beim Brennvorgang: durch das Bereitstellen der Wärme und vor allem durch die Entsäuerung des Kalksteins. Überall wo Beton unerlässlich ist, könnte der Klinkeranteil durch verschiedene Substitutionsmaterialen reduziert werden, hatten Experten in einer Analyse des WWF zum Klimaschutz in der Betonindustrie vor zwei Jahren festgestellt. Dadurch ließen sich die CO2-Emissionen um 30 bis 65 Prozent reduzieren. Eine höhere Effizienz beim Brennvorgang könnte noch weitere Emissionen einsparen.

Fest zementierte Strukturen

Vor allem fehlten jedoch die finanziellen Anreize, um in der Zementindustrie etwas zu ändern, machten die Studienautoren deutlich: Denn unter dem Emissionshandel der EU werden der Zementindustrie kostenlos Zertifikate zugeteilt. Statt zu sinken, wären die Emissionen seit der Einführung des Emissionshandels in der Zementindustrie sogar noch gestiegen, kritisierten die Experten vor zwei Jahren.

Schätzungen zufolge wurden im Jahr 2020 weltweit knapp sechs Milliarden Tonnen Zement produziert. In der Forschung wird daher intensiv an einer Lösung gesucht, die Treibhausgas-Emissionen bei der Zementherstellung zu minimieren.

Weniger klimaschädliche Alternativen erforschen

Mit Vulkanasche als Beimischung bei der Betonherstellung wurde bereits experimentiert. Wenn ein Zementanteil durch gemahlenes Vulkangestein ersetzt wird, verringerten sich Energiebedarf und CO2-Emissionen bei der Beton-Herstellung von Beton um fast 20 Prozent, hatten Forscher herausgefunden.

Würde man Zement durch ein bislang ungenutztes Abraumprodukt der Bauxitförderung als Rohstoff ersetze, könnten die CO2-Emissionen sogar um 60 Prozent gesenkt werden, berichtet nun ein Forscherteam der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der brasilianischen Universität Pará in der Fachzeitschrift Sustainable Materials and Technologies. Alle Eigenschaften blieben gleichwertig – denn der alternative Zement wäre genauso stabil wie der bisherige Portlandzement, haben die Forscher herausgefunden.

Energieaufwand unter der Forscher-Lupe

„Bei der klassischen Produktion von Portlandzement werden verschiedene Rohstoffe, unter anderem Kalkstein, zu sogenanntem Klinker gebrannt“, erläutert Koautor Herbert Pöllmann vom Institut für Geowissenschaften und Geographie der MLU. Dabei werde Rohkalk (Calciumcarbonat) in Calciumoxid umgewandelt – und bei diesem Prozess werden große Mengen CO2 freigesetzt. Weitere Emissionen fielen beim Brennen des entstehenden Klinkers bei sehr hohen und daher energieaufwändigen Temperaturen an.

Ressourcen besser nutzen

Die Forscher suchten nach einer klimafreundlicheren Lösung. Und kamen dabei auf Calciumsulfoaluminat-Zement: Dabei wird rund die Hälfte des Kalks durch sogenannten Belterra-Lehm ersetzt – einem Abraumprodukt bei der Förderung von Bauxit für die Aluminiumgewinnung. Es handelt sich um eine rund 30 Meter dicke Tonschicht, welche die Bauxitlagerstätten bedeckt – große Vorkommen liegen im Tropengürtel der Erde, beispielsweise im Amazonasbecken. Für die Aluminiumproduktion ist diese Deckschicht nicht geeignet, daher wird sie normalerweise abgetragen und verworfen.

Als klimafreundlich kann man die Bauxit-Gewinnung und -nutzung allerdings nicht bezeichnen: Auch Bauxit ist eine begrenzte Ressource. Doch der Belterra-Lehm werde beim Abbau ohnehin bewegt, so die Forscher, und müsse immerhin für die Zementherstellung nicht extra erschlossen werden. Die brasilianischen Forscher haben den Rohstoff zudem vor der Haustür.

Energieeinsparung beim Brennprozess

Ganz ohne Calciumcarbonat funktioniere die Zementherstellung zwar nicht – aber immerhin könnten 50 bis 60 Prozent des kohlensauren Kalks durch Belterra-Lehm ersetzt werden. Und es gebe noch einen weiteren umweltrelevanten Vorteil, heißt es im Bericht: Für den Brennprozess sind 1.250 Grad Celsius ausreichend – das wären somit 200 Grad weniger als beim Portlandzement. Damit wird der Energieverbrauch niedriger und nochmal CO2-Emissionen eingespart. Durch die Kopplung dieser Effekte komme man schließlich auf bis zu 60 Prozent CO2-Reduzierung.

Der Belterra-Zement steht in seinen mechanischen Eigenschaften dem normalen Portlandzement kaum nach – das ergaben eine Reihe von Belastungstests. Nun will die Forschergruppe prüfen, ob es auch in Deutschland Abraumquellen gibt, die sich für eine alternative Zementproduktion eignen könnten. Denn nur vor Ort gewonnener Rohstoff hat auch eine bessere Klimabilanz – beim Transport würden wiederum hohe CO2-Emissionen entstehen.

Für den Baubereich gilt aber vor allem: Weniger Neubau, den Bestand sanieren, und wo möglich Zement und Beton vermeiden und auf nachhaltigere Baustoffe und gut recycelbare Baustoffe wie etwa Holz zurückgreifen. na


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