Wie kann die Zementindustrie ihre Emissionen reduzieren? Forscher der Universität Cambridge haben eine Methode entwickelt, um Zement mit sehr geringen Emissionen in großem Maßstab herzustellen. Die Methode nutzt elektrisch betriebene Lichtbogenöfen, die für das Recycling von Stahl verwendet werden, um gleichzeitig Zement zu recyceln. Laut den Forschern ist diese Innovation „ein absolutes Wunder“ und könnte den Übergang zu Netto-Null entscheidend voranbringen.
Beton ist nach Wasser der am zweithäufigsten verwendete Werkstoff auf dem Planeten und für etwa 7,5% der gesamten anthropogenen CO₂-Emissionen verantwortlich. Eine skalierbare und kosteneffiziente Möglichkeit zur Reduzierung der Betonemissionen bei gleichzeitiger Deckung der weltweiten Nachfrage ist eine der größten Herausforderungen bei der Dekarbonisierung.
Recycelter Zement als Ersatz für Kalkfluss
Die Forscher fanden heraus, dass gebrauchter Zement ein wirksamer Ersatz für Kalkfluss ist, der beim Stahlrecycling zur Entfernung von Verunreinigungen verwendet wird. Durch den Ersatz von Kalk durch gebrauchten Zement entsteht als Endprodukt recycelter Zement, der zur Herstellung von neuem Beton verwendet werden kann. Diese Methode verursacht keine nennenswerten Zusatzkosten bei der Beton- oder Stahlproduktion und reduziert die Emissionen von Beton und Stahl erheblich.
Professor Julian Allwood vom Department of Engineering der Universität Cambridge, der die Forschung leitete, erklärte: „Wir haben eine Reihe von Workshops mit Mitgliedern der Bauindustrie darüber abgehalten, wie wir die Emissionen des Sektors reduzieren können. Es kamen viele großartige Ideen aus diesen Diskussionen, aber eines konnten oder wollten sie nicht in Betracht ziehen: eine Welt ohne Zement.“
Zement für fast 90% der Betonemissionen verantwortlich
Obwohl Zement nur einen kleinen Teil des Betons ausmacht, ist er für fast 90% der Betonemissionen verantwortlich. Bei der Zementherstellung wird Kalkstein in großen Öfen erhitzt, wobei große Mengen an CO₂ freigesetzt werden. Wissenschaftler haben in den letzten Jahren nach Ersatzstoffen für Zement gesucht, aber diese Alternativen müssen chemisch durch den verbleibenden Zement aktiviert werden, um auszuhärten.
„Es ist auch eine Frage des Volumens – wir haben einfach nicht genug von diesen Alternativen, um mit der weltweiten Zementnachfrage Schritt zu halten, die etwa vier Milliarden Tonnen pro Jahr beträgt“, sagte Allwood. „Wir müssen anfangen, über den Tellerrand hinauszudenken, um die Emissionen auf Null zu bringen.“
Flüssigmetallbad unterstützt chemische Reaktion
Dr. Cyrille Dunant, Erstautor der Studie, hatte die Idee, alten Beton zu zerkleinern, Sand und Steine zu entfernen und den Zement zu erhitzen, um das Wasser zu entfernen und erneut Klinker zu bilden. Ein Bad aus flüssigem Metall würde diese chemische Reaktion unterstützen, und ein Lichtbogenofen zum Recycling von Stahl erschien als vielversprechende Möglichkeit.
Die Forscher testeten eine Reihe von Schlacken aus Abbruchabfällen und fügten Kalk, Tonerde und Siliziumdioxid hinzu. Die Schlacken wurden im Lichtbogenofen des Materials Processing Institute mit geschmolzenem Stahl verarbeitet und schnell abgekühlt. „Wir fanden heraus, dass die Kombination aus Zementklinker und Eisenoxid eine hervorragende Stahlherstellungsschlacke ist, weil sie schäumt und gut fließt“, sagte Dunant.
Hochskalierung des Cambridge Electric Cement-Verfahrens
Das „Cambridge Electric Cement“-Verfahren soll nun schnell hochskaliert werden, und die Forscher gehen davon aus, dass sie bis 2050 eine Milliarde Tonnen pro Jahr produzieren könnten, was etwa einem Viertel der derzeitigen jährlichen Zementproduktion entspricht. Allwood betont jedoch auch die Notwendigkeit, den Verbrauch von Beton insgesamt zu reduzieren.
„Die Herstellung von emissionsfreiem Zement ist ein absolutes Wunder, aber wir müssen auch die Menge an Zement und Beton reduzieren, die wir verwenden“, sagte er. „Beton ist billig, stark und kann fast überall hergestellt werden, aber wir verwenden einfach viel zu viel davon. Wir könnten die Menge an Beton, die wir verwenden, drastisch reduzieren, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen, aber dafür braucht es den politischen Willen.“