Schlacke macht Beton klimafreundlicher

Schlacke statt Zement: Eine bei der Erzverarbeitung anfallende Schlacke kann Beton klimafreundlicher machen und den Bedarf an CO2-intensivem Zement verringern. Denn bis zu 40 Prozent des Zements können durch ein feingemahlenes Abfallprodukt aus der Siliziummangan-Herstellung ersetzt werden, ohne dass die Beton-Stabilität leidet, wie ein Pilotversuch in Norwegen ergeben hat. Der Schlackenbeton spart bis zu 95 Prozent der CO2-Emissionen ein, die sonst durch den Zementanteil entstehen.

Die Zementherstellung ist neben der Stahlproduktion eine der größten Treibausgas-Schleudern unter den Industrien – rund acht Prozent des globalen CO2-Ausstoßes gehen auf ihr Konto. Der Grund: Beim Brennen des Kalksteins wird Caciumcarbonat in Calciumoxid umgewandelt und dies setzt CO2 frei. Zudem benötigt das Kalkbrennen große Energiemengen, die bisher primär aus fossilen Brennstoffen stammen.

Weltweit wird daher nach Methoden gesucht, um die Zementherstellung klimafreundlicher zu machen, beispielsweise durch Abscheiden des CO2 oder neue Produktionsprozesse. Parallel dazu wird damit experimentiert, den Anteil des Zements in Baustoffen wie Beton zu verringern. Dafür werden Teile des Zements durch Kohleasche, Abraum aus der Aluminiumproduktion oder sogar Plastikmüll ersetzt.

Gemahlene Schlacke als Zementersatz

Eine weitere Methode zur Zementeinsparung haben nun Forschende um Per Anders Eidem vom norwegischen Forschungsinstitut SINTEF getestet. Sie setzen dabei bei einem Reststoff an, der bei der Produktion von Siliziummangan anfällt, einem für die Stahlherstellung wichtigen Legierungsmittel. Bei der Herstellung dieser Legierung aus manganhaltigen Erzen fällt als Abfallstoff eine siliziumhaltige Schlacke an, der sogenannte Silica Green Stone (SiGS). Diese SiGS-Schlacke wird bisher nur als Füllstoff in einigen Industrien genutzt.

„Die SiGS-Schlacke ähnelt in einigen Aspekten der Schlacke, die in den Hochöfen der Stahlindustrie anfällt“, erklärt Eidem. „Wenn man sie zu feinem Pulver zermahlt, erhält die Schlacke Bindungseigenschaften, durch die sie ähnlich wie Zement wirkt.“ Eidem und sein Team haben daher untersucht, ob sich die SiGS-Schlacke als Zementersatz in Beton eignet – und wie viel Co2-Emissionen sich dadurch einsparen lassen.

Stabiler Beton trotz 40 Prozent weniger Zement

Für ihr VALSiGS-Projekt nutzten die Forschenden SiGS-Schlacke vom Siliziummangan-Hersteller Eramet. Das fein zermahlene Material gaben sie zu zwei Betonmischungen dazu – eine trockene Mixtur für Pflastersteine und eine nasse Betonmischung, wie sie beim Gebäudebau eingesetzt wird. Über 28 Tage hinweg testeten sie dann immer wieder die Stabilität des aushärtenden Betons. „In diesen Tests haben wir bis zu 40 Prozent des Zements im Beton durch die Schlacke ersetzt“, sagt Eidem.

Das Ergebnis: „In beiden Fällen haben wir sehr gute Resultate erzielt“, berichtet Eidem. Der „SiGS-Beton“ erwies sich selbst bei einem Austausch von 40 Prozent des Zements durch die Schlacke als ähnlich tragfähig wie der herkömmliche, mit vollem Zementanteil angerührte Beton. „Seine anfängliche Stabilität ist geringer, aber nach 28 Tagen wird er genauso tragfähig wie die normale Betonmischung“, so der Forscher. Dies galt insbesondere für die trocken angemischte Pflasterstein-Mixtur.

Signifikante CO2-Einsparung

Ebenfalls positiv: Die Beimischung der Schlacke verbesserte den Klima-Fußabdruck des Betons deutlich. Denn normaler Zement verursacht 20 bis 25 Prozent mehr CO2-Emissionen als die SiGS- Schlacke, wie die Forschenden berichten. Werden 40 Prozent des Zements im Beton durch diese Schlacke ersetzt, senkt dies die CO2-Emissionen für den Beton daher erheblich. Das Team kalkulierte sogar Einsparungen von bis zu 95 Prozent – allerdings hängt dies von weiteren Faktoren wie dem für die Herstellung eingesetzten Energiemix ab.

Nach Ansicht der Wissenschaftler bestätigen ihre Tests aber, dass der Ersatz von Zement durch alternative Bindemittel Beton klimafreundlicher machen kann. Als nächster Schritt ihres Projekts sollen nun Versuche im Industriemaßstab folgen, bei denen der SiGS-Beton auch im Straßenbau getestet wird. Außerdem wollen Eidem und sein Team noch andere Schlacken als Betonzusatz testen.

Quelle: SINTEF