„Beton kann durch keiÂnen andeÂren BauÂstoff in groÂßem MaßÂstab ersetzt werÂden. Er ist nämÂlich ein einÂfaÂches MateÂriÂal, das leicht, schnell, lokal und ‚techÂnoÂloÂgieÂarm‘ herÂgeÂstellt werÂden kann, ist hoch belastÂbar und relaÂtiv einÂfach zu verÂbauÂen“, beschreibt IldiÂko MerÂta, MateÂriÂalÂwisÂsenÂschafÂteÂrin am InstiÂtut für WerkÂstoffÂtechÂnoÂloÂgie, BauÂphyÂsik und BauÂökoÂloÂgie der TU Wien und GastÂproÂfesÂsoÂrin an der FakulÂtät für TechÂniÂsche WisÂsenÂschafÂten der UniÂverÂsiÂtät Novi Sad (SerÂbiÂen), warÂum Beton beim BauÂen allÂgeÂgenÂwärÂtig zu sein scheint.
„Beton ist weltÂweit mit einem Anteil von naheÂzu 90 ProÂzent der mit Abstand meist einÂgeÂsetzÂte BauÂstoff“, so MerÂta weiÂter. „Laut diverÂsen ProÂgnoÂsen werÂden gloÂbal bis 2030 mehr als 25 MilÂlioÂnen HäuÂser benöÂtigt. Das ist eine immense HerÂausÂforÂdeÂrung und Beton als BauÂstoff wird dabei eine zenÂtraÂle RolÂle spieÂlen müsÂsen“, meint die Wissenschafterin.
Ein zenÂtraÂler BestandÂteil von Beton ist Zement (10 bis 15 ProÂzent; 60 bis 75 ProÂzent sind ZuschlagÂstofÂfe wie Kies und Sand, 15 bis 20 ProÂzent WasÂser). GeoÂgraÂfisch geseÂhen wird Zement zu 90 ProÂzent in EntÂwickÂlungs- und SchwelÂlenÂlänÂdern genutzt und auch künfÂtig gebraucht. In dieÂsen RegioÂnen hat es die verÂganÂgeÂnen JahrÂzehnÂte masÂsiÂve demoÂgraÂfiÂsche WachsÂtumsÂschüÂbe gegeÂben, was den ZementÂverÂbrauch in den letzÂten 30 JahÂren laut IldiÂko MerÂta von der TU Wien stark in die Höhe getrieÂben hat. Allein ChiÂna kommt mittÂlerÂweiÂle für mehr als 50 ProÂzent des gloÂbaÂlen ZementÂverÂbrauchs auf, dahinÂter folgt IndiÂen. „Von einem weiÂteÂrem starÂken WachsÂtum muss man in dieÂsen beiÂden LänÂdern ausÂgeÂhen“, so Merta.
Mit Beton ist also weiÂter zu rechÂnen. Er hat aber bekanntÂlich einen schlechÂten Ruf, wenn es um die ÖkoÂbiÂlanz geht. MerÂta erklärt, dass Beton an sich ein nachÂhalÂtiÂges MateÂriÂal mit einem niedÂriÂgen CO2-FußÂabÂdruck ist. Wenn man ihn mit andeÂren MateÂriaÂliÂen verÂgleiÂche, sei er nicht „schmutÂziÂger“ als dieÂse. „Die Krux an Beton und Zement ist aber die enorÂme MenÂge, die herÂgeÂstellt werÂden muss“, schilÂdert MerÂta. Der weltÂweiÂte jährÂliÂche Pro-Kopf-VerÂbrauch lieÂge nämÂlich bei über vier Tonnen.
Die CO2-HauptÂlast entÂsteht bei der ZementÂherÂstelÂlung – rund acht ProÂzent der weltÂweiÂten TreibÂhausÂgasÂemisÂsioÂnen komÂmen aus der ZementÂproÂdukÂtiÂon: Der RohÂstoff KalkÂstein muss auf 1.450 Grad erhitzt werÂden. Dabei entÂsteÂhen 40 ProÂzent der TreibÂhausÂgas-EmisÂsioÂnen beim reiÂnen VerÂbrenÂnungsÂproÂzess, 60 ProÂzent werÂden durch die cheÂmiÂsche ReakÂtiÂon bei der KalkÂsteinÂverÂbrenÂnung freigesetzt.
Die ZementÂanÂlaÂgen – vor allem in ÖsterÂreich – seiÂen bereits äußert effiÂziÂent.. Da ist laut MerÂta kaum mehr etwas herÂausÂzuÂhoÂlen. ÖkoÂloÂgisch geseÂhen sei also der HauptÂanÂsatzÂpunkt, „wie viel Zement bringt man in den Beton und was für ein ZementÂtyp bzw. BinÂdeÂmitÂtel wird dabei verÂwenÂdet“. „Dort könnÂte man ökoÂloÂgisch am meisÂten bewirÂken. Da sind wir dann im Bereich der InnoÂvaÂtioÂnen“, so MerÂta. Der einÂfachsÂte Ansatz sei, den Anteil des klasÂsiÂschen, weitÂverÂbreiÂteÂten PortÂlandÂzeÂments im Beton zu senÂken. Das bedeuÂte eine OptiÂmieÂrung des MateÂriÂals, also neue MischunÂgen zu entÂwiÂckeln, die für diverÂse BelasÂtunÂgen angeÂpasst werden.
Beton werÂde übliÂcherÂweiÂse bei der PlaÂnung von BauÂproÂjekÂten mit einem SicherÂheitsÂwert von 50 masÂsiv überÂdiÂmenÂsioÂniert. Bei Stahl oder auch Holz arbeiÂtet man laut der ForÂscheÂrin dageÂgen mit SicherÂheitsÂwerÂten von 10 bis 20 ProÂzent. Hier könnÂte künfÂtig die addiÂtiÂve FerÂtiÂgung wie z.B. der 3D-Druck dabei helÂfen, das MateÂriÂal effiÂziÂenÂter und in gerinÂgeÂren MenÂgen – durch niedÂriÂgeÂre SicherÂheitsÂwerÂte – einÂzuÂsetÂzen. „Damit könÂnen die ProÂdukÂtiÂonsÂproÂzesÂse von BetonÂeleÂmenÂten präÂziÂse gesteuÂert werÂden. Das MateÂriÂal wird schließÂlich optiÂmal auf die äußeÂren EinÂwirÂkunÂgen und LasÂten (z.B. GraÂdiÂenÂtenÂbeÂton) angeÂpasst einÂgeÂbaut“, erläuÂtert die WisÂsenÂschafÂteÂrin. Das sei mit den derÂzeiÂtiÂgen VerÂfahÂren (VorÂferÂtiÂgung, OrtÂbeÂton) nicht möglich.
Ein weiÂteÂrer Weg der nachÂhalÂtig optiÂmierÂten BetonÂherÂstelÂlung fühÂre über die MateÂriÂalÂwisÂsenÂschafÂten, worÂin MerÂta selbst mit ihrem Team tätig ist. Dabei gehe es u.a. darÂum, alterÂnaÂtiÂve BinÂdeÂmitÂtel zu entÂwiÂckeln, um den klasÂsiÂschen auf KalkÂstein basieÂrenÂden PortÂlandÂzeÂment zu reduÂzieÂren bzw. teilÂweiÂse zu subÂstiÂtuÂieÂren. Die neuÂen ProÂdukÂte müsÂsen ideaÂlerÂweiÂse EigenÂschafÂten wie der klasÂsiÂsche Zement aufÂweiÂsen. Im Fokus der ForÂschung steÂhen vor allem alkaÂliÂakÂtiÂvierÂte BinÂdeÂmitÂtel (oder GeoÂpoÂlyÂmeÂre), die aus NebenÂproÂdukÂten andeÂrer IndusÂtrien (HütÂtenÂsand, FlugÂasche, SchlaÂcke etc.) durch cheÂmiÂsche AktiÂvieÂrung herÂgeÂstellt werÂden können.
AlkaÂliÂakÂtiÂvierÂte BinÂdeÂmitÂtel werÂden laut MerÂta bereits seit JahÂren gut beforscht, alleiÂne die weltÂweiÂte VerÂfügÂbarÂkeit reicht nicht, um wirkÂlich breit ökoÂloÂgisch wie ökoÂnoÂmisch WirÂkung zu entÂfalÂten. „Das, was zum BeiÂspiel hierÂzuÂlanÂde an HütÂtenÂsand und FlugÂasche anfällt, wird bereits von der ZementÂinÂdusÂtrie aufÂgeÂnomÂmen. Da pasÂsiert schon einiÂges, es ist kaum noch mehr herÂausÂzuÂhoÂlen. Das PotenÂziÂal ist ausÂgeÂschöpft und die MenÂge, die man an PortÂlandÂzeÂment damit ersetÂzen kann, fällt nicht wirkÂlich ins Gewicht; optiÂmisÂtisch geschätzt maxiÂmal 10 ProÂzent weltÂweit “, so Merta.
Es heißt somit, AlterÂnaÂtiÂven zu suchen und umzuÂsetÂzen. In den verÂganÂgeÂnen zehn JahÂren wurÂden der ExperÂtin zufolÂge die ForÂschunÂgen an neuÂen und/oder grüÂnen ZemenÂten intenÂsiÂviert. Es konnÂten bereits gute ErgebÂnisÂse erzielt werÂden und es gebe ersÂte Anwendungen.
So soll etwa ZementÂklinÂker, der gebrannÂte BestandÂteil des Zements, der für die AusÂhärÂtung unter BeiÂmenÂgung von WasÂser zustänÂdig ist, teilÂweiÂse durch getemÂperÂte (kalÂziÂnierÂte) Tone ersetzt und damit die CO2-Bilanz des Betons verÂbesÂsert werÂden. Da die VerÂbrenÂnungsÂtemÂpeÂraÂtur von getemÂperÂtem Ton rund bei der HälfÂte von KalkÂstein lieÂge, werÂde insÂgeÂsamt 30 bis 40 ProÂzent weniÂger CO2 ausgestoßen.
Ein weiÂteÂres Asset sei, dass es weltÂweit eine hohe VerÂfügÂbarÂkeit gebe, besonÂders dort, wo der höchsÂte Beton- und ZementÂverÂbrauch anfalÂle. Laut MerÂta könnÂten durch kalÂziÂnierÂte Tone zwiÂschen 40 und 60 ProÂzent des PortÂlandÂzeÂments ersetzt werÂden. Die Idee wurÂde an der EPFL in LauÂsanne unter der LeiÂtung von Karen ScriÂveÂner 2004 initiÂiert und im RahÂmen des ProÂjekÂtes LC3 anaÂlyÂsiert. Nach der LaborÂphaÂse seiÂen derÂzeit die ersÂten PilotÂanÂlaÂgen im EinÂsatz. Ein HochÂskaÂlieÂren steÂhe an.
Unter der LeiÂtung von ecoÂpÂlus Bau.Energie.Umwelt ClusÂter NieÂderÂösÂterÂreich arbeiÂtet MerÂta mit ihrem Team derÂzeit auf InitiaÂtiÂve der BetonÂinÂdusÂtrie an einem ForÂschungsÂproÂjekt, wo es darÂum geht, dass noch mehr rezyÂklierÂter Beton dem UpcyÂcling zugeÂführt wird, sprich hochÂwerÂtig zum EinÂsatz kommt. Beton soll in der AbbruchÂhierÂarÂchie nicht mehr abgeÂwerÂtet werÂden, sonÂdern wieÂder gleichÂwerÂtig verÂarÂbeiÂtet werÂden. MerÂtas Team soll in dem vierÂjähÂriÂgen ProÂjekt UPcreÂte – PerÂforÂmance von RecyÂclingÂbeÂtoÂnen im UpcyÂcling (https://​ildi​ko​mer​ta​.com/) unterÂsuÂchen, welÂche MögÂlichÂkeiÂten, HerÂausÂforÂdeÂrunÂgen und HürÂden es gibt. Dabei werÂden die wichÂtigsÂten EinÂflussÂpaÂraÂmeÂter unterÂsucht und optiÂmierÂte RecyÂcling-BetonÂmiÂschunÂgen entÂwiÂckelt. Es geht vorÂderÂhand darÂum, eine neue Norm zu schafÂfen, die es mögÂlich macht, mehr wieÂderÂgeÂwonÂneÂnen BetonÂabÂfall neuÂen ProÂdukÂten beizumischen.
„In den verÂganÂgeÂnen zwei JahÂren hat sich sehr viel in ÖsterÂreichs Beton- und ZementÂbranÂche getan“, freut sich auch JoaÂchim Juhart, LeiÂter der ArbeitsÂgrupÂpe mineÂraÂliÂsche BauÂstofÂfe am InstiÂtut für MateÂriÂalÂprüÂfung und BauÂstoffÂtechÂnoÂloÂgie mit angeÂschlosÂseÂner TVFA für FesÂtigÂkeits- und MateÂriÂalÂprüÂfung der TU Graz, im Gespräch mit APA-SciÂence. Der Stand der DinÂge sei nämÂlich, dass die euroÂpäiÂsche ZementÂinÂdusÂtrie eine DekarÂboÂniÂsieÂrungs-RoadÂmap aufÂgeÂlegt hat – also PfaÂde zur CO2-RedukÂtiÂon in der Zement- und BetonÂherÂstelÂlung – und die heiÂmiÂsche ZementÂinÂdusÂtrie folgt dieÂsen Wegen der Roadmap.
In DeutschÂland seiÂen bereits im VorÂjahr derÂarÂtiÂge ProÂdukÂte an den Start geganÂgen, erläuÂtert Juhart. DahinÂter lieÂge eine euroÂpäiÂsche Norm, die noch nicht umgeÂsetzt sei, einiÂge AnbieÂter seiÂen da aber bereits vorÂgeÂprescht. In ÖsterÂreich werÂde verÂmutÂlich in absehÂbaÂrer Zeit eine gleichÂzeiÂtiÂge und fläÂchenÂdeÂckenÂde EinÂfühÂrung aller AnbieÂter erfolgen.
Juhart fehlt es aber noch an NorÂmen, einem RegelÂwerk und vor allem einer VerÂgaÂbeÂpraÂxis, bei denen CO2-WerÂte geneÂrell berückÂsichÂtigt werÂden. Schon bei der PlaÂnung und im nächsÂten Schritt bei der VerÂgaÂbe der AufÂträÂge müssÂte neben dem Preis auch die QuaÂliÂtät hinÂsichtÂlich der CO2-EmisÂsioÂnen in die EntÂscheiÂdung mitÂeinÂbeÂzoÂgen werÂden. Das gelÂte für alle BauÂstofÂfe, nicht nur für Beton. Dabei geht es laut dem WisÂsenÂschafÂter um „emboÂdiÂed carÂbon“, das CO2, das im MateÂriÂal steckt und bei der ProÂdukÂtiÂon anfällt und dann als „RuckÂsack“ mitÂgeÂführt wird.
Ein HinÂderÂnis ortet er darÂin, dass es noch keiÂne einÂheitÂliÂche gemeinÂsaÂme DatenÂbaÂsis dafür gibt. Daher komÂme es bei etwaiÂgen DeklaÂraÂtioÂnen von Fall zu Fall sehr unterÂschiedÂliÂchen, nicht verÂgleichÂbaÂren AngaÂben. „Es sind zwar mittÂlerÂweiÂle NorÂmen geschafÂfen worÂden, noch exisÂtieÂre aber keiÂne einÂheitÂliÂche PlattÂform in ÖsterÂreich, wo z.B. potenÂziÂelÂle AufÂtragÂgeÂber sich inforÂmieÂren könÂnen, mit welÂchem ‚CO2-RuckÂsack‘ ist welÂches MateÂriÂal eigentÂlich unterÂwegs“, erläuÂtert Juhart. Er ortet NachÂholÂbeÂdarf, auch die PoliÂtik sei diesÂbeÂzügÂlich gefordert.
WerÂden neue ProÂdukÂte nur nach dem erstÂmaÂliÂgen Preis bei der ProÂdukÂtiÂon bewerÂtet ohne ein ‚BonusÂsysÂtem‘, dann sei es schwer, sie auf den Markt zu bekomÂmen. AnfängÂlich sollÂte es da AnschubÂmaßÂnahÂmen geben. Vor allem brauÂche es ein BewusstÂsein bei den PlaÂnern und den öffentÂliÂchen BauÂherÂren, dass unterÂschiedÂliÂche BauÂmaÂteÂriaÂliÂen unterÂschiedÂliÂche CO2-LasÂten aufÂweiÂsen können.
„Beton ist nicht Beton, nicht nur bei den EigenÂschafÂten, auch bei der CarÂbon-Last ergeÂben sich durch unterÂschiedÂliÂche BeiÂmiÂschunÂgen groÂße UnterÂschieÂde“, so Juhart. Der ParaÂmeÂter TreibÂhausÂpoÂtenÂziÂal werÂde noch kaum in der PlaÂnung berücksichtigt.
Das gelÂte auch für die KlasÂsiÂfiÂzieÂrung von Beton. „Es gibt KlasÂsen für die FesÂtigÂkeit, die DauÂerÂhafÂtigÂkeit, sogar die VerÂarÂbeitÂbarÂkeit für verÂschieÂdeÂne AnwenÂdunÂgen, aber es gibt keiÂne KlasÂse für das TreibÂhausÂpoÂtenÂziÂal“, schilÂdert Juhart. WürÂde man derÂarÂtiÂges schafÂfen, könnÂte man PlaÂner wie BauÂherÂren aber auch AufÂtragÂgeÂber unterÂstütÂzen, da es als GüteÂkriÂteÂriÂum wahrÂgeÂnomÂmen würÂde – schwarz auf weiß. Das sollÂte dann über sämtÂliÂche BauÂmaÂteÂriaÂliÂen – nicht nur Beton – hinÂweg verÂgleichÂbar sein, wieÂderÂholt der Materialwissenschafter.
„Wir haben in den verÂganÂgeÂnen JahÂren AnsätÂze bei der BetonÂherÂstelÂlung, nicht beim Zement, verÂfolgt“, umreißt Juhart sein ForÂschungsÂfeld. Dabei sei es um die OptiÂmieÂrung von BetonÂproÂdukÂten in ZusamÂmenÂarÂbeit mit BetrieÂben aus der IndusÂtrie geganÂgen. „Wir konnÂten BetonÂreÂzepÂtuÂren entÂwiÂckeln, die deutÂlich CO2-ärmer sind als alles, was derÂzeit ausÂgeÂlieÂfert wird“, schilÂdert Juhart.
„ProÂtoÂtyÂpisch haben wir dabei bereits gezeigt, dass im Beton bis zu 25 ProÂzent weniÂger CO2 steÂcken könnÂte“, ergänzt er. Aus verÂschieÂdeÂnen GrünÂden komÂme es aber noch zu keiÂnem fläÂchenÂdeÂckenÂden EinÂsatz. HauptÂsächÂlich daher, dass es, wie bereits erwähnt, bei AusÂschreiÂbunÂgen kein KriÂteÂriÂum sei. VieÂlen BauÂherÂren sei es auch zu risÂkant, neue BauÂstofÂfe, oder neu adapÂtierÂte BauÂstofÂfe einÂzuÂsetÂzen, wo es noch an LangÂzeitÂerÂfahÂrunÂgen fehÂle. „Das scheint sich jetzt aber zu ändern . In die BranÂche ist BeweÂgung gekomÂmen“, ist Juhart für die Zukunft zuversichtlich.
„BauÂherÂren sind natürÂlich darÂan interÂesÂsiert, dass die DauÂerÂhafÂtigÂkeit des BauÂmaÂteÂriÂals gewährÂleisÂtet ist. Sie möchÂten, dass BauÂwerÂke im HochÂbau minÂdesÂtens 50, im InfraÂstrukÂturÂbau minÂdesÂtens 100 JahÂre halÂten. Auch auf dieÂsem Feld sind wir aktiv“, erklärt der BetonÂtechÂnoÂloÂge. Dabei soll mitÂtels beschleuÂnigÂten DauÂerÂhafÂtigÂkeitsÂprüÂfunÂgen gezeigt werÂden, dass BetonÂmiÂschunÂgen mit alterÂnaÂtiÂven RohÂstofÂfen die AnsprüÂche des MarkÂtes und der ZuverÂläsÂsigÂkeit sowie BestänÂdigÂkeit nach NorÂmen erfülÂlen. „Das ist aufÂwenÂdig, es bedarf an InvesÂtiÂtioÂnen, die PrüfÂkosÂten müsÂsen überÂnomÂmen werÂden. Das sind AufÂwänÂde, die von der WirtÂschaft oft nicht ohne weiÂteÂres gemacht werÂden“, erläuÂtert der ExperÂte, warÂum es oft viel Zeit braucht, bis neue ProÂdukÂte in der PraÂxis ankomÂmen. „TechÂnisch ist viel mehr mögÂlich, als prakÂtisch gemacht wird“, fasst er zusammen.
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