Die Produktion von grünem Zement nimmt zu – und könnte den CO2-Fußabdruck des Bauwesens verringern
Beton ist neben Wasser das am häufigsten verwendete Material der Welt, jedes Jahr werden etwa 14 Milliarden Kubikmeter verbraucht. Davon werden 40 % für den Bau von Wohnräumen verwendet.
Wenn man so viel Beton gießen würde, dass eine zehn Zentimeter dicke Pflasterplatte entsteht, würde diese ganz England und etwa die Hälfte von Wales bedecken. In den USA würde derselbe Betrag den Bundesstaat New York abdecken.
Doch bei der Betonherstellung wird Kohlendioxid (CO₂) freigesetzt, eines der Treibhausgase, die den Klimawandel vorantreiben. Etwa 90 % der mit Beton verbundenen Emissionen stammen aus der Produktion von Portlandzement – dieses feine graue Pulver, das die Betonbestandteile miteinander verbindet, wurde nach seiner Ähnlichkeit mit Stein von der Isle of Portland in Dorset benannt. Portlandzement ist für 7–8 % der weltweiten direkten CO₂-Emissionen verantwortlich.
Die Produktion eines nachhaltigeren und kostengünstigeren kohlenstoffarmen Zements, der oft als „grüner“ Zement bezeichnet wird, nimmt zu. Eine neue Anlage neben einem bestehenden Zementwerk in Redding, Kalifornien, wird jedes Jahr etwa 15.000 Tonnen kohlenstoffarmen Zement produzieren. Damit könnten etwa 50.000 Kubikmeter Beton hergestellt werden, was weniger als 0,0004 % der weltweiten Betonproduktion entspricht.
In Redding wandelt das Materialtechnologieunternehmen Fortera das bei der konventionellen Zementproduktion abgeschiedene CO₂ in gebrauchsfertigen grünen Zement um, eine Form von Kalziumkarbonat. Laut Fortera könnten dadurch die Kohlenstoffemissionen von Zement Tonne für Tonne um 70 % reduziert werden.
Ein konkretes Problem
Menschen verwenden Beton seit mehr als 2.000 Jahren, indem sie Kies, Sand, Zement, Wasser und manchmal auch synthetische Chemikalien mischen. Es wird verwendet, um alles zu schaffen, von Wegen und Brücken bis hin zu Gebäuden und Rohren.
Derzeit verbraucht die EU mehr als zwei Tonnen Beton pro Person und Jahr – 325 kg davon sind Zement. Das entspricht der Menge an Lebensmitteln, die ein durchschnittlicher Europäer in fünf Monaten zu sich nimmt.
Die Zementproduktion ist ein energieintensiver Prozess und die Treibhausgasemissionen lassen sich nur schwer reduzieren. Wenn Kalkstein in einem oft mit Kohle betriebenen Ofen erhitzt wird, geht fast die Hälfte dieses Kalksteins als CO₂-Emissionen verloren.
Dies geschieht, weil Kalkstein (Kalziumkarbonat) bei Hitze zerfällt und Klinker bildet, eine Mischung aus Kalziumoxid und CO₂. Für jede hergestellte Tonne gewöhnlichen Portlandzements werden 0,6 bis 0,9 Tonnen CO₂ in die Atmosphäre freigesetzt.
Viele Branchen verlassen sich auf dieses Material. Die größte Herausforderung für die Zementindustrie besteht darin, die CO₂-Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die weltweite Nachfrage zu decken.
Daher muss neben der Entwicklung neuer Technologien auch die Produktion von kohlenstoffarmem Zement auf globaler Ebene etabliert werden, um den Infrastrukturbedarf der sich wirtschaftlich entwickelnden Länder zu decken.
CO2-arme Alternativen
Andere Möglichkeiten, den CO2-Fußabdruck von Beton zu reduzieren, umfassen die Verwendung von Flugasche (ein Nebenprodukt der Kohleverbrennung in Kraftwerken) oder Schlacke (ein Nebenprodukt der Stahlproduktion), um Portlandzement teilweise zu ersetzen.
Die Quellen dieser Materialien werden jedoch abnehmen, da andere Industrien dekarbonisieren. Im Laufe der Zeit wird weniger Eisenerz zur Stahlproduktion verwendet, da mehr Stahl durch Recycling von vorhandenem Stahl hergestellt wird, sodass weniger Schlacke zur Verfügung steht.
Aktuelle Strategien zur Dekarbonisierung von Zement und Beton basieren stark auf der Nutzung von Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, um unvermeidbare Prozessemissionen aus Zementwerken abzufangen.
Eine kohlenstoffarme Zementproduktion muss also nicht den Ersatz aller in Betrieb befindlichen Zementproduktionsanlagen erfordern. CO2-arme Zementanlagen können nachgerüstet werden, um die bei der Herstellung von konventionellem Zement freigesetzten CO₂-Emissionen abzufangen. Pflanzen können das gebundene CO₂ auch in dem von ihnen hergestellten Zement oder als Produkt für die Lebensmittel- und Chemieindustrie nutzen.
In Norwegen baut Heidelberg Materials in einem Zementwerk eine Anlage zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung im industriellen Maßstab, die schätzungsweise 400.000 Tonnen CO₂ pro Jahr abscheiden und speichern könnte – das ist die Hälfte der Emissionen der bestehenden Anlage.
Allerdings ist diese Technologie für Zementhersteller mit hohen Investitionskosten verbunden. Abgeschiedenes CO₂ kann unter der Erde gespeichert werden, dies erfordert jedoch bestimmte geologische Eigenschaften, die an Zementproduktionsstandorten nicht gewährleistet sind.
Die Treibhausgasemissionen im Zementsektor werden durch das Emissionshandelssystem der EU reguliert. Dies wurde eingerichtet, um Umweltverschmutzer für ihre Treibhausgasemissionen bezahlen zu lassen, Emissionen zu reduzieren und Einnahmen zur Finanzierung des grünen Wandels zu generieren.
Nach Angaben der Internationalen Energieagentur hat diese Gesetzgebung die CO2-Emissionen im Zementsektor im letzten Jahrzehnt nicht wesentlich reduziert, was hauptsächlich auf die kostenlose Gewährung von Emissionszertifikaten an Zementhersteller zurückzuführen ist.
Trotz anhaltend guter Gewinne in der Zementindustrie wurden nicht genügend Investitionen in die weit verbreitete Einführung saubererer Technologien und die nachhaltige Nutzung von Materialien getätigt. Abhilfe könnten größere finanzielle Anreize schaffen, bei denen Unternehmen für die mit der Zementproduktion verbundenen Emissionen aufkommen müssen.
Als Konstrukteur weiß ich, dass die Materialwahl und gutes Design eine wichtige Rolle für die Nachhaltigkeit des Bauwesens spielen. Bevor sich die kohlenstoffarme Zementtechnologie weiter verbreitet, können Ingenieure, Designer und Bauherren Baumaterialien effizienter nutzen und Produkte mit geringerem Kohlenstoffgehalt wählen – das sind die Kohlenstoffemissionen, die während des Lebenszyklus von Baumaterialien von der Gewinnung bis zur Entsorgung freigesetzt werden.
Mit diesem Ansatz könnten problemlos 20 % der mit dem Neubau von Gebäuden verbundenen Emissionen eingespart werden.
Einige Regierungen könnten dazu übergehen, nur noch die Verwendung von kohlenstoffarmem Zement zuzulassen. In Irland verlangt der Klimaschutzplan 2024, dass bei staatlich beschafften oder staatlich geförderten Bauprojekten nach Möglichkeit kohlenstoffarme Baumethoden und kohlenstoffarmer Zement spezifiziert werden.
Könnte der gesamte Zement der Zukunft kohlenstoffarm oder „grün“ sein? Die Definition von „kohlenstoffarm“ wird eine sehr wichtige Rolle dabei spielen, wie dies in der Branche in die Praxis umgesetzt wird.
Die Nachrüstung bestehender großtechnischer Zementproduktionsanlagen mit Technologie wird beweisen, dass es technisch möglich ist, kohlenstoffarmen Zement in großem Maßstab effizient herzustellen. Mit den richtigen Anreizen seitens der Regierungen und des Bausektors könnte fast der gesamte weltweit produzierte Zement kohlenstoffarm sein.
Jamie Goggins, Professor für Bauingenieurwesen, College of Science and Engineering, Universität Galway
