Neuer Öko-Zement könnte Baubranche revolutionieren
Abfallstoffe aus dem Bergbau entstehen ohnehin. Nun setzt ein Forscherteam sie zur Zementherstellung ein. Das Ziel: ein Öko-Zement, der weniger CO2-Emissionen verursacht und auch den Produktionsprozess günstiger gestalten könnte. Erste Ergebnisse sind vielversprechend.
Beim Abbau von Gestein fallen Abfallprodukte an. Diese eignen sich als alternative Materialien in der Zementproduktion.
Foto: Universität Trier Karlis Kukemilks
Die Bauindustrie gehört zu den Branchen, die am meisten CO2 ausstoßen. Allein die Zementproduktion macht schon rund 8% des jährlichen CO2-Ausstoßes aus. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Trier, Luxemburg, Lothringen und Lüttich erforschen deshalb gemeinsam alternative Herstellungsprozesse sowie den Einsatz natürlicher Materialien. Ihr Ziel: ein Öko-Zement, der zum Beispiel aus sogenannten bergbaulichen Abraum- und Abfallstoffen besteht. Diese sollen herkömmliche Rohstoffe ersetzen, was sich am Ende auch positiv auf die CO2-Emissionen auswirken könnte. Das Forschungsprojekt findet vor allem in der Großregion Dreiländereck Deutschland, Luxemburg, Frankreich und Belgien statt. Der Grund: Hier fällt eine Menge bergbaulicher und industrieller Abraum- und Abfallstoffe an.
Recyclingbeton, Carbonbeton, Baubetrieb und Geothermie
Die Forschenden wollen vor allem Kieswäscheschlämme, die beim Kies- und Sandabbau entstehen, aber auch Stäube aus der Quarzitgewinnung und Rückstände aus dem Kalk- und Dolomitabbau einsetzen. Geologinnen und Geologen der Universität Trier prüfen die verschiedenen Stoffe, ob sie sich über eine alternative Herstellung von Zement eignen. Bei den Stoffen kommt es vor allem auf die besonderen mineralogischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften an. Ferner müssten sie in ausreichender Menge vorhanden sein, da eine industrielle Anwendung geplant ist.
Öko-Zement: zwei verschiedene Forschungsansätze
Die ersten elf Materialien, die sich eignen könnten, haben die Forschenden bereits festgemacht. Sie zeigen gewisse Gemeinsamkeiten, zum Beispiel sind sie feinkörnig und besitzen einen hohen Anteil spezifischer Tonminerale. Sie sorgen am Ende dafür, dass der Zement fest genug wird. Die Universitäten Lüttich und Lothringen erarbeiten gemeinsam neue Zusammensetzungen des Zements sowie Betonrezepturen aus den geeigneten Materialien. Insbesondere Forschende der Universität Lüttich beschäftigen sich mit der Erstellung von Ökobilanzen. Dafür analysieren sie, welche Auswirkungen die neuen Zemente sowie ihre Produktionsprozesse aufweisen. Die Universitäten arbeiten dafür im Rahmen des EU-Programms „Interreg (Großregion)“ an dem Projekt CO2REDRES „Behandlung von Sekundärrohstoffen zur Reduzierung von CO2-Emissionen in der Bauindustrie“ zusammen.
An unterschiedlichen Herstellungsprozessen arbeiten Forschende der Universitäten Luxemburg und Trier. Das Luxemburger Team beschäftigt sich damit, konventionell genutzten Portlandzement in Teilen durch alternative Materialien zu ersetzen. Erste Ergebnisse gibt es bereits: 20% des Portlandzements haben sie durch gebrannten Ton ersetzt. Dieser entsteht zum Beispiel beim Kiesabbau in der Eifel. Die Mischung wies am Ende sogar eine höhere Festigkeit auf, gleichzeitig reduziere sich der Einsatz von Energie und damit auch die CO2-Emissionen. Das Team der Universität Trier versucht einen ganz neuen Ansatz und verzichtet komplett auf den Einsatz von Portlandzement. Stattdessen untersuchen sie neue Bindemittel, konkret sogenannte Geopolymerzemente aus CO2-freien Alternativmaterialien. Diese Art von Zement setzt sich hauptsächlich aus gebrannten Tonmineralen zusammen. Sie lassen sich aktivieren, indem eine Lauge hinzugefügt wird.
Öko-Zement weist viele Vorteile auf
Das Verfahren der Trierer Forschungsgruppe stellte sich im Laufe der Tests durchaus komplexer dar als die Herangehensweise der Luxemburger Forschenden. Doch das Ergebnis überzeugt die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler: Der Öko-Zement aus Kieswaschschlämmen weist eine ordentliche Druckfestigkeit auf. Sie sei vergleichbar mit der Last von drei Autos auf eine Fläche von 16 Quadratzentimetern. Vergleicht man dies mit herkömmlichem Portlandzement, ist das zwar eher ein durchschnittlicher Wert, dafür aber entstehen während des Brennverfahrens keine CO2-Emissionen. Ein weiterer Vorteil: Die alternativen Materialien können mit deutlich geringerer Temperatur bearbeitet werden. Das hat einen positiven Effekt auf die Energiebilanz des Öko-Zements. Insgesamt zeigte sich der Öko-Zement besonders hitze- und brandbeständig, außerdem äußerst widerständig gegen Säure und Sulfat.
Im Rahmen des Interreg-Projekts CO2REDRES arbeiten 18 Partner aus dem Dreiländereck Deutschland, Luxemburg, Frankreich und Belgien zusammen. Dafür haben sie ein Budget von rund 1,2 Millionen Euro zur Verfügung. Ziel der Forschung: ein neuartiges und nachhaltiges Bindemittel für Betonmischungen erarbeiten. Es muss aus Industrieabfällen und Nebenprodukten aus dieser Region bestehen.
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