Ökozement reduziert CO2-Emissionen und Produktionskosten

In einem Forschungsprojekt wurden vielversprechende Verfahren zur alternativen Nutzung von Abraum- und Abfallstoffen in der Region entwickelt.

Weltweit zählt die Bauindustrie zu den größten CO2-Emittenten. Insbesondere durch die Zementproduktion werden große Mengen an CO2 freigesetzt, die etwa acht Prozent des jährlichen globalen CO2-Ausstoßes ausmachen. In einem Projekt forschen Wissenschaftler in der Großregion, darunter Geologen der Universität Trier, an der Herstellung von Ökozementen aus natürlichen Materialien. Die Projektergebnisse zeigen, dass bergbauliche Abraum- und Abfallstoffe in der Zementherstellung eingesetzt werden können. Dadurch lassen sich konventionelle Primärrohstoffe ersetzen und CO2-Emissionen reduzieren. Darüber hinaus ist diese innovative und umweltfreundliche Alternative auch aus wirtschaftlicher Sicht von hohem Interesse.

In der Großregion im Dreiländereck Deutschland, Luxemburg, Frankreich, Belgien fällt eine große Bandbreite an bergbaulichen und industriellen Abraum- und Abfallstoffen an. Sie weisen ein hohes Potenzial für die Anwendung in der Zementproduktion auf, werden aber bisher nicht dafür genutzt. Zu diesen Materialien zählen Kieswäscheschlämme, die beim Kies- und Sandabbau anfallen, daneben aber auch Stäube aus der Quarzitgewinnung und Rückstände aus dem Kalk- und Dolomitabbau. Der konsequente Ersatz von konventionell genutzten Ressourcen durch solche Materialien zur Ökozement-Produktion könnte die hohen CO2-Emissionen der Bauindustrie künftig deutlich reduzieren.

In dem von der Universität Luxemburg geleiteten Projekt hat das Fach Geologie der Universität Trier die Aufgabe übernommen, diverse Abfallstoffe aus der Region auf deren Eignung für eine alternative Zementherstellung zu prüfen. Maßgeblich für ihre Eignung für die Zementindustrie sind die spezifischen mineralogischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften der untersuchten Abraum- und Abfallstoffe. Zudem müssen sie in einer für die industrielle Anwendung ausreichenden Menge zur Verfügung stehen.

Bislang hat die Forschungsgruppe elf vielversprechende Materialen identifiziert, die sich durch eine Reihe von Gemeinsamkeiten auszeichnen, wie zum Beispiel Feinkörnigkeit und einen hohen Anteil an spezifischen Tonmineralen, durch deren Reaktivität eine hohe Festigkeit des Zements erreicht werden kann.

In dem durch das EU-Programm „Interreg (Großregion)“ geförderten Projekt CO2REDRES sind auch die Universitäten Lüttich und Lothringen beteiligt, die aus geeigneten Materialien neue Zementzusammensetzungen und Betonrezepturen entwickeln. Die Universität Lüttich ist mit der Erstellung von Ökobilanzen beauftragt, die ökologische Auswirkungen der neuen Zemente und ihrer Produktionsprozesse analysieren.

Zu Herstellung von Ökozement werden zwei grundlegende Strategien verfolgt: Beim ersten Verfahren, an dem die Universität Luxemburg arbeitet, wird konventionell genutzter Portlandzement teilweise durch Alternativmaterialen ersetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem 20-prozentigen Ersatz von Portlandzement durch gebrannten Ton, der beispielsweise beim Kiesabbau in der Eifel anfällt, sogar höhere Festigkeiten erreicht werden können. Gleichzeitig reduzieren sich der Energieaufwand und die CO2-Emissionen.

Bei der zweiten Strategie, die Geologen der Universität Trier untersuchen, wird komplett auf Portlandzement verzichtet und auf einen ganzheitlichen Einsatz neuartiger Bindemittel gesetzt. Die Trierer Wissenschaftler forschen hier an sogenannten Geopolymerzementen aus CO2-freien Alternativmaterialien. Die Zementzusammensetzung besteht überwiegend aus gebrannten Tonmineralen, die durch die Zugabe einer Lauge aktiviert werden.

Dieses Fertigungsverfahren gestaltet sich komplexer als im Fall von konventionellem Zement, jedoch konnten mit neuen Ökozementrezepturen aus Kieswaschschlämmen Druckfestigkeiten erreicht werden, die ungefähr mit der Last von drei PKW auf einer Fläche von 16 cm2 zu vergleichen sind.

Im Vergleich zu Portlandzement ist eine solche Festigkeit als durchschnittlich zu bewerten. Es entstehen jedoch während des Brennens des Alternativmaterials keine CO2-Emissionen, und auch die benötigte Brenntemperatur ist deutlich geringer, was sich positiv auf die Energiebilanz des Ökozements auswirkt. Darüber hinaus zeichnen sich Geopolymerzemente durch einen hohen Widerstand gegen Säure- und Sulfatangriff aus und sind besonders hitze- und brandbeständig.

Das Projekt
Das Interreg-Projekt CO2REDRES „Behandlung von Sekundärrohstoffen zur Reduzierung von CO2-Emissionen in der Bauindustrie“ vereint 18 Partner aus der Großregion mit einem Budget von insgesamt rund 1,2 Millionen Euro. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, ein neuartiges und nachhaltiges Bindemittelkonzept für Betonmischungen vorzuschlagen, das auf der Aufwertung von Industrieabfällen und Nebenprodukten aus der Großregion und ihrer Verwendung als Zementersatzstoffe beruht.
Weitere Informationen: https://co2redres.uni.lu

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Jean-Frank Wagner
Geologie
Mail: kukemilks@uni-trier.de
Tel. +49 651 201-4644

http://www.uni-trier.de/