Beton als nachhaltiger Baustoff

Transkript

1 natureplus Fachkonferenz Gibt es nachhaltigen Zement? Beton als nachhaltiger Baustoff Auswirkungen aktueller Entwicklungen der Industrie Prof. Dr.-Ing. Peter Lieblang

2 Was bedeutet nachhaltige Entwicklung? Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. Nachhaltige Entwicklung ist Entwicklung, die die Bedürfnisse gegenwärtiger Generationen befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht mehr befriedigen können

3 Das Prinzip Beton ist 2000 Jahre alt, aber topaktuell Im frischen Zustand praktisch beliebig formbar, schnell erhärtend, ermöglicht er die Herstellung von Flächentragwerken (Platten, Scheiben, Schalen) Bei richtiger Ausführung ein dauerhafter, robuster und wartungsarmer Baustoff Mineralische Rohstoffe, die praktisch überall verfügbar sind Keine Rohstoffknappheit (Knappheit höchstens durch Nutzungskonkurrenz) Herstellung des Bindemittels Zement ist energieintensiv und verursacht CO 2 -Emissionen

4 Entwicklung der weltweiten Zementnachfrage Quelle: Thomas Armstrong, International Cement Review

5 Weltzementproduktion 2014 nach Regionen bzw. Ländern Anteile in % Quelle: Cembureau

6 Stoffströme bei der Zementherstellung Portlandzementklinker als der wichtigste Zementbestandteil wird in einem energieintensiven, chemisch-mineralogischen Umwandlungsprozess hergestellt Das Prinzip der hydraulischen Erhärtung erfordert zwingend die Entsäuerung von Kalkstein Die damit verbundenen, rohstoffbedingten CO 2 - Emissionen sind unvermeidbar Quelle: BDZ/VDZ Zementrohstoffe in Deutschland

7 CO 2 -Minderung als wesentliche Zielsetzung Quelle: B. Stigson, WBCSD: VDZ Congress 2009 nach IEA, ETP 2008

8 1. Substitution fossiler durch Sekundärbrennstoffe CO 2 -Emissionen aus Sekundärbrennstoffen werden im Rahmen der Selbstverpflichtungserklärung neutral gerechnet, in Ökobilanzdaten sind die Emissionen allerdings enthalten. Quelle: Atlas Moderner Betonbau

9 2. Reduzierung des Klinkerfaktors Quelle: VDZ

10 Marktakzeptanz von CEM II & CEM III-Zementen Quelle: Atlas Moderner Betonbau

11 Verantwortlichkeiten beim Beton

12 Klinkerfaktor und Festigkeitsentwicklung 120,0% 100,0% 80,0% 60,0% CEM I CEM II CEM III 40,0% 20,0% 0,0% 0 d 10 d 20 d 30 d 40 d 50 d 60 d

13 Klinkerfaktur und Bauausführung (Nachbehandlung) Quelle: Zement-Merkblatt B8

14 Praktische Bedeutung der Zementarten im Betonwerk Transportbetonwerke haben nur begrenzte Silokapazitäten und halten i. d. R. nicht mehr als drei verschiedene Zementarten vor Änderung von Zusatzstoffen und/oder Zusatzmitteln erfordert neue Erstprüfungen mit entsprechendem (Zeit-) Aufwand

15 Anforderungen an Alternative Bindemittel

16 Calcium-Sulfoaluminat-Zemente - Herstellung Herstellung in konventionellen Zementanlage Rohstoffzusammensetzung weicht von Portlandzementen ab CaO % anstatt ca. 70 % Al 2 O % anstatt ca. 20 % SiO % anstatt ca. 7 % SO % anstatt ca. 0 % Fe 2 O 3 n/a anstatt ca. 3 % Geringere Brenntemperaturen von ca Grad C (daher weniger energiebedingte CO 2 -Emissionen) Weniger Kalkstein (geringere rohstoffbedingte CO 2 -Emissionen)

17 Calcium-Sulfoaluminat-Zemente - Anwendung Ähnliche Verarbeitung im Bereich Ortbeton und Fertigteile Rezepturen vergleichbar i. d. R. höhere Frühfestigkeiten als Portlandzemente Nacherhärtung ist mit Portlandzement vergleichbar Geringes Schwindmaß Ergebnisse von Prüfungen der Dauerhaftigkeitseigenschaften sind für den Zeitraum von 2 Jahren ab Herstellung günstig (hoher Sulfatwiderstand, keine sekundäre Ettringitbildung, keine AKR) Es gibt erste Produkte am Markt, die auch mit konventionellen Zementen gemischt werden können

18 Unterschiede im Herstellungsprozess Klassische Zementherstellung Kalkstein + Ton + Sand + Eisenerz Celitement-Prozess Branntkalk + Sand 1 Rohmehl 1 "Rohmehl" 2 Rohmehl brennen Zementklinker "Rohmehl" autoklavieren 2 Autoklavenprodukt Klinker + Gips + Zumahlstoffe Autoklavenprodukt + Silikatträger 3 Zement mahlen 3 Celitement "mahlen" Quelle: Celitement GmbH

19 kg CO 2 /t Produkt CO 2 -Reduktion im Herstellungsprozess kg (100 %) 483 kg (53%) Rohstoffe thermisch elektrisch 350 kg (39%) Entsäuerung von Kalkstein konventionell Herstellung eines hydraulisch nicht aktiven Vorproduktes im Autoklaven, z. B. a C 2 S Klinker (gemahlen!) kalkreich kalkarm Celitemente Quelle: Celitement GmbH

20 Fazit Auf absehbare Zeit werden Portlandzemente wegen ihrer bautechnischen Eigenschaften als Bindemittel für Beton nicht zu ersetzen sein. Mittelfristig ergeben sich durch Modifikation der chemischmineralogischen Zusammensetzung Potentiale zur moderaten Energieeinsparung und CO 2 -Reduktion. Größere Reduktionspotentiale lassen sich nur realisieren, wenn alle beteiligten Akteure die Betonbauweise grundlegend erneuern