Die Zukunft des Bauens mit nachhaltigem Zement

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LC3 cement, natural colour on the right, with colour control on the left. LC3-Ze
LC3 cement, natural colour on the right, with colour control on the left. LC3-Zement hat das Potenzial, die globalen CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren © 2023 LC3 Project/Stefan Wermuth

Ein neues Material, das an der EPFL entwickelt wurde, könnte die Art und Weise, wie wir Zement herstellen, für immer verändern - und die Emissionen bis 2030 um 500 Millionen Tonnen senken.

Unter der Leitung von Karen Scrivener, Leiterin des Labors für Baumaterialien der EPFL an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Technik, hat ein Forscherteam die Umweltauswirkungen von Beton untersucht, einem Material, von dem pro Jahr und Person auf der Erde vier Tonnen produziert werden. Die Herausforderung? Zement, der "Klebstoff" des Betons, ist für 8 % der weltweiten Emissionen verantwortlich. Klinker, der Hauptbestandteil von Zement, ist ein sehr hoher Kohlenstoffemittent und macht 90% der globalen Zementemissionen bei der Herstellung von Beton aus. Was ist die Lösung? LC3, die Abkürzung für Limestone Calcined Clay Cement, d. h. Zement aus gebranntem Ton und Kalkstein. LC3 ist eine Alternative, die zudem eine verbesserte Haltbarkeit und eine deutliche Verringerung der Emissionen bietet und dabei kosteneffizient bleibt. Es muss also unbedingt eine Lösung gefunden werden, um die Klimaauswirkungen von Beton zu reduzieren und gleichzeitig die Bedürfnisse der wachsenden Volkswirtschaften zu erfüllen.

LC3: Die Innovation, die die Zementindustrie verändert.

Der LC3 setzt an den beiden Quellen der Kohlenstoffemissionen an, die mit der Herstellung von Klinker verbunden sind. Erstens ersetzt er die Hälfte des Klinkers durch gebrannten Ton und gemahlenes Kalkgestein. Ton setzt beim Erhitzen im Gegensatz zu Kalkstein keinen Kohlenstoff frei und wird bei viel niedrigeren Temperaturen erhitzt, was die Menge des benötigten Brennstoffs und die daraus resultierenden Emissionen verringert. Bei niedrigeren Temperaturen ist es auch einfacher, auf sauberere Energiequellen wie Strom umzusteigen, als Klinker herzustellen. LC3 kann die CO2-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichem Zement um etwa 40 % senken, indem es die Hälfte des Klinkers ersetzt.

LC3 ist auch funktional. Er ist weniger durchlässig für Wasser und Salz. Betonstraßen und -brücken sind daher haltbarer mit einer längeren Lebensdauer, was die Kosten und Störungen, die ihr Austausch verursacht, verringert. Da für seine Herstellung weniger Energie benötigt wird und er überall verfügbaren Ton verwendet, kann er bis zu 25 % günstiger hergestellt werden.

Reduzierung der CO2-Emissionen um 500 Millionen Tonnen bis 2030.

LC3 verzeichnet bereits ein rasantes Wachstum und wird derzeit in einer Reihe von Fabriken auf der ganzen Welt hergestellt. Für jede Tonne hergestellten gebrannten Ton sparen wir 600 Kilogramm CO2 ein.

Bis Ende 2023 werden etwa 15 Millionen Tonnen CO2 durch den LC3 eingespart worden sein. Bis 2025 sollen durch LC3 45 Millionen Tonnen eingespart worden sein.

Wenn die Zementindustrie die Verwendung von LC3 weitgehend übernimmt, kann sie dazu beitragen, bis zum Jahr 2030 bis zu 500 Millionen Tonnen CO2-Emissionen zu verhindern.

Viele große Zementhersteller sind dabei, Zement aus gebrannten Tonen und Kalkstein einzuführen. Holcim beispielsweise kündigte im Januar 2023 an, dass ein Werk in Frankreich bis zu 500.000 Tonnen "kohlenstoffarmen" Zement pro Jahr liefern wird. Argos Cementos in Kolumbien produziert jährlich 2,3 Millionen Tonnen LC3-Zement, der bereits lokal beim Bau von Straßen, Tunneln und Gebäuden eingesetzt wird.

Die Zukunft des Zements liegt in den Ländern des Südens.

In den kommenden Jahren und Jahrzehnten wird die Mehrheit der weltweiten Neubauten in den Ländern des Südens stattfinden, vor allem in Afrika, wo die Bevölkerung bis 2050 voraussichtlich um eine Milliarde Menschen wachsen wird. Das bedeutet, dass es ein starkes Wachstum an Zement geben wird.

Afrika hat die am schnellsten wachsende Bevölkerung der Welt, aber Kalkstein, der sich für die Herstellung von Klinker eignet, ist auf dem Kontinent sehr selten. Heute wirken sich die teuren Klinkerimporte direkt auf die Kosten aus. Dies führt zu Problemen bei der Zugänglichkeit von Wohnraum und Infrastruktur. Glücklicherweise sind Tonerdeprodukte Verwitterungsprodukte gängiger Gesteinsarten. Sie sind daher in den meisten geologischen Kontexten reichlich vorhanden. Kaolinit-ähnliche Tone, die sich am besten für LC3 eignen, sind in ganz Afrika reichlich vorhanden.

Durch die Einführung der LC3-Technologie und den Ersatz eines Großteils des Klinkers durch lokale Ressourcen können afrikanische Länder und Länder des Südens lokale Industrien aufbauen und wirtschaftlich und beschäftigungspolitisch profitieren. Die Notwendigkeit, Klinker mit Devisen zu importieren, wird immer geringer werden, und dies wird den Bau von Wohnungen und Infrastrukturen zu geringeren Kosten ermöglichen und gleichzeitig die CO2-Emissionen begrenzen.

Eine neu gestaltete Wertschöpfungskette für Beton

Die Reduzierung der Klinkermenge im Zement verringert die Emissionen bei der Zementherstellung, aber es gibt noch viele andere Strategien, wenn man die gesamte Wertschöpfungskette des Betons betrachtet. Durch die Verbesserung der Energieeffizienz der Fabriken und die Verwendung alternativer Brennstoffe wie Restbrennstoffe können wir die CO2-Emissionen bei der Klinkerproduktion weiter senken. Durch die Optimierung der Gesteinskörnung verringern wir die Hohlräume, die mit Zementleim gefüllt werden müssen, was wiederum die Zementkosten und die Emissionen senkt.

Wir können auch das Design und die Effizienz von Beton, der in Strukturen und Gebäuden verwendet wird, verbessern. Der Weltverband für Zement und Beton (GCCA) schätzt, dass dadurch 22 % weniger Beton verwendet werden könnte und gleichzeitig die Kosten gesenkt werden könnten. Schließlich werden die Anpassung bestimmter Designelemente und die Steigerung der Effizienz und des Recyclings von Materialien die Auswirkungen von Beton auf das Klima weiter verringern.

Wenn all diese Strategien kombiniert werden, können wir die Emissionen von Zement und Beton mit den heutigen Technologien um 80 % reduzieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Interessengruppen der gesamten Branche zusammenarbeiten: Zement- und Betonhersteller, Bauunternehmer und Geschäftspartner, Planungsteams und Hausbesitzer. Bestehende Praktiken zu ändern und den Anstoß für einen branchenweiten Wandel zu geben, erfordert Fleiß und Beharrlichkeit. Der private und der Öffentliche Sektor müssen ihren guten Willen zur Zusammenarbeit zeigen, um den Übergang zu einem Ziel von null Nettoemissionen im Bausektor zu erleichtern und gleichzeitig Lösungen für ein nachhaltiges Wachstum anzubieten. Heute brauchen wir mehr denn je eine Öffentlich-private Zusammenarbeit, damit echte Lösungen umgesetzt werden können.