Leitfaden Beton: Herstellung kohlenstoffarmer Betonlösungen

Probleme mit Beton

Beton weist eine hohe Kohlenstoffbelastung auf, die durch die Herstellung von Zement, einem seiner Hauptbestandteile, verursacht wird. Dies ist auf den energieintensiven Herstellungsprozess von Zement und die Kohlenstoffemissionen aus dem chemischen Kalzinierungsprozess zurückzuführen. Eine weitere Herausforderung bei der Verwendung von Beton ist die Wiederverwendbarkeit. Heutzutage wird praktisch der gesamte Beton am Ende der Lebensdauer des Gebäudes zu Zuschlagstoffen zerkleinert. Aufgrund der sehr großen Menge, die verwendet wird, gibt es kein Material, das die Verwendung von Beton ersetzen kann. Alternative Baumaterialien spielen zwar eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung der bebauten Umwelt, ihre Skalierbarkeit reicht jedoch nicht aus, um Beton zu ersetzen. Andere Materialien tragen jedoch dazu bei, die Innovation im Betonsektor voranzutreiben und seine Umweltleistung zu verbessern.

Warum ist Beton so kohlenstoffintensiv?

Was ist kohlenstoffarmer Beton?

Was in der Bauindustrie allgemein als kohlenstoffarmer Beton angesehen wird, ist eine Betonmischung, die im Vergleich zu einer durchschnittlichen Betonmischung einen geringeren gebundenen Kohlenstoffgehalt aufweist. Allerdings gibt es derzeit keine weltweit vereinbarte Definition für kohlenstoffarmen Beton.

Herausforderungen bei kohlenstoffarmem Beton

• In den meisten Regionen gibt es keinen vereinbarten Richtwert und keinen vereinbarten Prozentsatz für die Reduzierung des gebundenen Kohlenstoffs, damit die Betonmischung als kohlenstoffarm eingestuft werden kann.

Zu den lokalen Versuchen gehören der Concrete Sustainability Council (Deutschland), der Lavkarbonbetong-Standard (Norwegen) und die Low Carbon Concrete Routemap des Vereinigten Königreichs. Dies führt dazu, dass der Begriff in jedem Fall verwendet wird, wenn Beton einen geringeren gebundenen Kohlenstoff aufweist als eine typische Portlandzementmischung, auch wenn die Reduzierung minimal und manchmal sogar nominal ist. In den meisten Fällen ist die Verringerung des "embodied carbon" das Ergebnis der Substitution von Zement durch traditionellere alternative Bindemittel wie Flugasche, gemahlenen Hochofenschlacke (GGBS), kalzinierte Tone und in einigen wenigen Fällen auch durch natürliche Puzzolane sowie durch innovative neue Lösungen. Diese Liste ist nicht erschöpfend, denn es gibt noch viele andere Lösungen und neue werden entwickelt.

• Das Problem bei den meisten der heute hergestellten kohlenstoffarmen Betone besteht darin, dass Klinker (der Hauptbestandteil von Zement) durch Sekundärstoffe ersetzt wird, die aus Verfahren auf Basis fossiler Brennstoffe stammen. Dies ist zwar ein nützlicher Übergangsmechanismus, kann aber nicht mit der Dekarbonisierung der Stromerzeugung und anderer Industrien Schritt halten.

Vorteile der Reduzierung von Zementklinker

1. Geringerer gebundener Kohlenstoff aus Beton

Beton wird in Fundamenten, Decken und dem Tragwerk der meisten Gebäude auf der ganzen Welt verwendet. Da der größte Teil des im Beton enthaltenen Kohlenstoffs aus der Zementherstellung stammt, liegt der Schlüssel zur Verringerung des im Beton enthaltenen Kohlenstoffs in der Reduzierung der Gesamtmenge des verwendeten Zements. Dies kann erreicht werden durch:

• Vermeidung von Überdimensionierung von Bauelementen: Dadurch wird die Menge des verwendeten Betons und Zements reduziert.
• Rationalisierung der Berücksichtigung von Verkehrslasten bei der Planung: Verkehrslasten werden oft überschätzt, was durch eine detaillierte Planung vermieden werden kann, ohne die zukünftige Anpassungsfähigkeit des Gebäudes zu beeinträchtigen.
• Planen Sie mit Blick auf die Materialeffizienz: Optimieren Sie die Spannweite des Tragwerksrasters und verwenden Sie materialeffizientere Betonelemente wie Hohlkörperplatten und Verbunddecken.
• Vermeiden Sie eine Überspezifizierung der Betondruckfestigkeit: Betonmischungen können für bestimmte Gebäudeteile optimiert werden; es besteht keine Notwendigkeit, durchgängig eine Standardfestigkeit zu verwenden.
• Vermeiden Sie eine Überspezifikation der Betondruckfestigkeit innerhalb der ersten 28 Tage nach dem Gießen: Dies ermöglicht die Verwendung von Beton mit alternativen Bindemitteln, die in den meisten Fällen eine längere Aushärtungszeit haben.
• Verwenden Sie alternative Bindemittel: Versuchen Sie die Verwendung von Flugasche, GGBS, kalzinierten Tonen, usw.
• Verwenden Sie andere innovative Betonlösungen: Versuchen Sie, sofern verfügbar, Lösungen zu verwenden, die nicht unbedingt mit einer Zementreduzierung verbunden sind, wie Hochleistungsbeton (HPC), faserverstärkter Beton oder durchlässiger Beton.

2. Kostensenkung für Betonhersteller

Ein wesentlicher Vorteil der Optimierung der Beton- und Zementklinkermenge ist die Einsparung von Kapitalkosten. Durch die Verringerung der Klinkermenge bei der Betonherstellung können die Hersteller ihre Abhängigkeit von teuren Rohstoffen und energieintensiven Verfahren verringern. Dies senkt nicht nur die Produktionskosten, sondern steigert auch die Gesamteffizienz des Herstellungsprozesses. Darüber hinaus kann die Verwendung alternativer Bindemittel und die Optimierung der Betonmischung zu weniger Abfall und einer besseren Ressourcennutzung führen. Dieses Kostensenkungspotenzial ist vor allem bei großen Bauprojekten von Bedeutung, bei denen selbst kleine Einsparungen beim Materialverbrauch zu erheblichen finanziellen Einsparungen führen können. Darüber hinaus kann die Einführung kohlenstoffarmer Betonpraktiken die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens auf dem Markt verbessern und dem zunehmenden behördlichen und gesellschaftlichen Druck in Bezug auf nachhaltigere Baumethoden gerecht werden.

Alternative Bindemittel zu Zement

Die am häufigsten verwendeten alternativen Bindemittel zu Zement sind:

• Flugasche / Brennstaubasche
• Gemahlener granulierter Hochofenschlacke
• Kalzinierte Tone

Obwohl einige dieser Bindemittel in der Bauindustrie weit verbreitet sind, hängt ihre Verfügbarkeit von der Nutzung fossiler Brennstoffe ab und wird in Zukunft voraussichtlich begrenzt sein, wenn der Verbrauch fossiler Brennstoffe hoffentlich zurückgeht. Folglich ist die Verwendung solcher Bindemittel heute wichtig, kann aber in der kohlenstofffreien Zukunft des Betons keine große Rolle spielen.

Herausforderungen durch alternative Arten von Zementbindemitteln

Obwohl die oben genannten Bindemittel den gebundenen Kohlenstoff im Beton reduzieren, werden sie von den Bauunternehmern oft mit Skepsis betrachtet, da sie die Aushärtungsgeschwindigkeit des Betons beeinflussen. Dies bedeutet, dass Betonmischungen mit solchen Bindemitteln im Vergleich zu herkömmlichen Portlandzementmischungen mehr Zeit benötigen, um eine bestimmte Festigkeit zu erreichen. Eine Betonmischung mit 50 % GGBS hat beispielsweise in den ersten 7 Tagen nach dem Gießen nur die Hälfte der Festigkeit einer Portlandzementmischung, sollte aber nach 28 Tagen die gleiche Festigkeit erreichen. Die langsamere Aushärtungszeit kann die Bauarbeiten für jedes zusätzliche Stockwerk um ein paar Tage verzögern, was bei größeren Gebäuden zu größeren Verzögerungen und Kosten führen kann. Die Bauunternehmer müssen die längere Aushärtungszeit von kohlenstoffarmem Beton nach Möglichkeit einplanen, um die Verzögerungen und die damit verbundenen Kostenfolgen zu verringern.

Andere Bindemittel als Zement