Recycling-Zement, eine grüne Revolution für die Bauindustrie
17.09.2024
Zement ist ein unersetzlicher Werkstoff. Er ist praktisch, leicht herzustellen und billig. Cyrille Dunant, ein Materialwissenschaftler an der Universität Cambridge, beschreibt ihn als „eine Handvoll Dreck“. Doch dieser „Dreck“ ist einer der Bestandteile von Beton, der Grundlage für die meisten Gebäude. Nach Angaben des Experten werden jährlich weltweit etwa vier Milliarden Tonnen Beton verbraucht, was ihn zum zweithäufigsten Stoff nach Wasser macht. Dem Wissenschaftler zufolge ist Beton ein Gemisch aus Sand, Gestein, Wasser und natürlich Zement, der als „Bindemittel, das die Komponenten vereint“, fungiert. So weit, so gut, aber Zement hat ein Problem: Er ist die Ursache für 90 Prozent der Kohlenstoffemissionen bei der Verwendung von Beton.
Deshalb arbeitet Dunants Team von Cambridge-Forschern an einem Weg, Zement zu recyceln und die Umweltauswirkungen der Bauindustrie zu reduzieren, die für 7,5 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich ist, wie The Guardian in einem Bericht berichtet. Dunant ist ein leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter des angesehenen britischen Think Tanks und hat auch einen Doktortitel in der Erforschung von Zement. Er versteht also wie kaum ein anderer, warum dieses Material die Umwelt so stark belastet.
Die Zementherstellung verursacht aus zwei Gründen CO₂-Emissionen. Zum einen muss zur Herstellung Kohle verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen, oder vielleicht Gas oder eine andere Art von Brennstoff. Der andere Grund ist der Kalkstein, der bei diesem Prozess verbrannt werden muss. Dieser Kalkstein besteht aus Kalk und CO₂. Die Hitze spaltet das CO₂ ab, so dass es schließlich emittiert wird″, erklärt der schweizerisch-britische Wissenschaftler.
Der Grund für die hohen Emissionen von Zement ist nicht, dass das Material selbst besonders umweltschädlich ist, sondern die schiere Menge, in der es weltweit hergestellt wird. Viele Leute denken, dass Zement viel CO₂ ausstößt, aber das stimmt nicht. Er stößt wenig CO₂ aus und verbraucht wenig Energie, aber wir verbrauchen sehr viel davon“, erklärt der Experte.
Nach Angaben der Fachzeitschrift Nature hat sich die Zementproduktion in den letzten vierzig Jahren verdreifacht. Zement ist ein sehr gutes und sehr effizientes Material, aber es hat enorme Auswirkungen“, fügt Dunant hinzu.
Die Bauindustrie ist weit davon entfernt, die Ziele für die Emissionssenkung zu erreichen, wie die Arbeitgeber selbst sagen. Eine Umfrage des RICS-Netzwerks von Infrastrukturfachleuten Ende 2023, an der 4.600 Experten teilnahmen, zeigt, dass Gebäude immer noch für 40 % der weltweiten Emissionen verantwortlich sind. Da ein Großteil davon auf Zement zurückzuführen ist, sind Initiativen wie die von Sacyr entstanden, die einen Beton aus der Aufwertung von Glasabfällen entwickelt haben, der zwischen 10 und 20 % des im Beton benötigten Zements ersetzt. Der herkömmliche Portlandbeton bleibt jedoch der Industriestandard.
Stahl ist der Schlüssel
Die von dem Team der Universität Cambridge entwickelte Methode nutzt die Vorteile des Stahlrecyclings, um auch Zement zu recyceln. Es werden keine neuen Maschinen benötigt, da derselbe Elektroofen verwendet wird, der auch für Stahl eingesetzt wird.
Der Unterschied zwischen Stahl und Zement besteht darin, dass ersterer elektrisch leitfähig ist und letzterer nicht. Das Schmelzen des Stahls ist jedoch nur der erste Teil des Prozesses, danach müssen die Überreste „gereinigt“ werden, was üblicherweise mit Kalk geschieht: „Kalk dient dazu, alle Verunreinigungen zu sammeln. Und das Gemisch aus Kalk und Verunreinigungen nennt man Schlacke. Anstelle von Kalk fügen wir in diesem Fall Zement hinzu, der größtenteils aus Kalk besteht und sich daher sehr gut zur Reinigung von Stahl eignet“, erklärt Dunant.
Um Zement hinzuzufügen, muss er zunächst von den anderen Bestandteilen des Betons getrennt werden. Dieser Prozess erfordert viel Energie und ist einer der Gründe, warum das Recycling von Zement noch nie versucht wurde, so der Wissenschaftler. Es ist ein Prozess, bei dem man viel Aufwand für wenig Gewinn betreiben muss, aber hier haben wir einen Forscher namens Rohit Prajapati, der seine Doktorarbeit über die Trennung von Zement und anderen Zuschlagstoffen geschrieben hat. Dem Team in Cambridge ist es gelungen, diese Trennung effizienter zu gestalten und damit eines der großen Hindernisse für das Zementrecycling zu beseitigen.
Das Verfahren als solches besteht darin, den Elektroofen mit Stahl, Zement und etwas zusätzlichem Kalk zu beschicken, da die Trennung von Zement nicht immer perfekt ist und möglicherweise „kompensiert“ werden muss. Dunant erklärt didaktisch: „Man schmilzt den Stahl und hat einerseits neuen Stahl für die Herstellung von Barren, Stangen und Trägern und andererseits die Schlacke, die man schnell abkühlen und dann zu Pulver mahlen kann. Man fügt ein wenig Gips hinzu und erhält neuen Zement. Mit diesem und dem neuen Stahl kann man ein neues Gebäude bauen.
Ein unersetzlicher Stoff
Seit der Erfindung des Portlandzements in England im 19. Jahrhundert (Vorläufer des modernen Zements gab es schon im alten Rom) ist er ein unverrückbarer Standard. Niemand könnte sich vorstellen, bestimmte Infrastrukturen ohne Beton und Zement zu bauen“, sagt Dunant. Bis heute gibt es keine brauchbare Alternative, aber selbst wenn es eine gäbe, müssten die Millionen von Tonnen, die es auf der Erde bereits gibt, recycelt werden, so der Cambridge-Wissenschaftler.
In der Europäischen Union sieht die Deponierichtlinie Strafen für diejenigen vor, die Betonabfälle auf Deponien lagern, so dass die Länder nach alternativen Entsorgungsmöglichkeiten suchen müssen. In den Vereinigten Staaten, dem zweitgrößten Hersteller der Welt nach China, sind die Vorschriften viel lockerer, und ein Großteil des nicht verwendeten Betons landet auf Mülldeponien.
Das Forschungsteam in Cambridge erhält EU-Mittel für die Zusammenarbeit mit Unternehmen aus der gesamten Betonlieferkette. Auf der Stahlseite ist der wichtigste Partner das spanische Unternehmen Celsa, das neben seinem Hauptsitz in Castellbisbal, Barcelona, eine Tochtergesellschaft in Cardiff, Wales, hat, mit der Dunant und sein Team zusammenarbeiten. Mit dem Elektroofen von Celsa setzen sie das Zementrecycling im industriellen Maßstab um, und die Forscher haben bereits genügend Tests durchgeführt, um dieses Verfahren als eine echte Option für die Zementaufbereitung zu betrachten.
Wir haben uns auch an andere Unternehmen gewandt, denn wir wollen die Stahlhersteller davon überzeugen, dass dies eine gute Technologie ist“, sagt der Wissenschaftler. Es wird erwartet, dass sich das Recyclingverfahren in der Industrie verbreitet und zeigt, dass Zement, obwohl er unersetzlich ist, ein neues Leben erhalten kann.
EL PAIS Zeitung.
