Klimaschonender Ersatz: Zement könnte durch die Beimischung von Industrieabfällen umweltfreundlicher werden. Wie Forscher berichten, lässt sich ein Teil des in dem Material enthaltenen Kalksteins durch Reststoffe aus der Kaolin- und Aluminiumproduktion ersetzen. Der Vorteil: Diese Substanzen enthalten kein Kohlendioxid, das bei der Weiterverarbeitung freigesetzt werden kann – und verbessern so die Ökobilanz. Welche Rezeptur dabei am vielversprechendsten ist, haben die Wissenschaftler nun getestet.
Beton und sein Hauptbestandteil Zement gehören zu den wichtigsten Baustoffen der Menschheit – kaum ein anderes Material wird so häufig verbaut. Als Grundrohstoff für das begehrte Material dient Kalkstein, der in großen Öfen in Zementklinker umgewandelt wird. Doch genau dieser Prozess hat eine Schattenseite: Beim Brennen des Kalksteins werden enorme Mengen des klimaschädlichen Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) freigesetzt. Schätzungen zufolge gehen rund acht Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes allein auf das Konto der Zementproduktion.
Aus diesem Grund suchen Forscher schon länger nach Wegen, um Beton und Zement umweltfreundlicher zu gestalten. Besonders vielversprechend erscheint dabei der Ersatz zumindest eines Teils des Kalksteins durch alternative Stoffe – denn ein Großteil des bei der Zementherstellung freigesetzten Kohlendioxids stammt aus dem Kalkstein selbst. In diesem Zusammenhang hat sich beispielsweise die Beimischung von zerkleinertem Plastikmüll oder Vulkanasche als potenziell klimafreundlichere Variante erwiesen.
Stoffe ohne Kohlendioxid
Sabrina Galluccio von der Universität Halle und ihre Kollegen haben nun einen anderen Ansatz weiterverfolgt. Sie untersuchten, inwiefern sich Industrieabfälle, die bei der Kaolin- und Aluminiumproduktion anfallen, als Ersatz für Kalksteinanteile im Zement eignen: Bauxit- und Kaolinit-Reste. „Es handelt sich um industrielle Reststoffe, die sich noch hervorragend weiterverwenden lassen“, erklärt Galluccios Kollege Herbert Pöllmann. Der Vorteil dieser Substanzen: Sie enthalten kein Kohlenstoffdioxid, das bei der weiteren Verarbeitung freigesetzt werden könnte.
Für ihre Studie testeten die Wissenschaftler unterschiedliche Mischverhältnisse und analysierten die Eigenschaften der daraus hergestellten Zemente. Ihr Ziel war es, eine optimale Rezeptur für den alternativen Baustoff zu finden. Dabei zeichnete sich ab: Tatsächlich können mit den beiden Reststoffen sogenannte CSA-Zemente hergestellt werden, die über vergleichbare physikalische Eigenschaften wie konventionelle Mischungen verfügen.
Nur eine Teillösung
Wie das Forscherteam berichtet, ließen sich die besten Resultate mit einer Rohstoffzusammensetzung von 38 bis 42 Prozent Kalkstein, zehn bis 14 Prozent Anhydrit sowie 20 Prozent Kaolinit-Resten und 25 bis 32 Prozent Bauxit-Abfällen erzielen. Die Mischverhältnisse und Produktionsschritte sind in der Forschungsarbeit der Wissenschaftler detailliert beschrieben, damit Produzenten den klimafreundlichen Zement in Zukunft nach diesem „Rezept“ herstellen können.
Allerdings hat auch dieses Verfahren seine Grenzen: „Die industriellen Reststoffe reichen nicht aus, um den globalen Zementbedarf zu decken“, sagt Pöllmann. Deshalb sucht er mit seinem Team auch nach geeigneten Naturprodukten, die bisher nicht industriell verwertet werden und kein CO2 freisetzen – zum Beispiel verschiedene Tone. (Construction and Building Materials, 2019; doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.02.148)
Quelle: Martin-Luther-Universität Halle
