Beton ohne Emissionen

Die Bauwirtschaft als CO2-Senke? Daran arbeiten Forscher des „Concrete & Asphalt Labs“ der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa in der Schweiz. Mit dem Einbringen von Pflanzenkohle in Beton loten sie das Potenzial von CO2-neutralem oder gar CO2-negativem Beton aus. Für optimale Praxistauglichkeit verarbeiten die Forscher die Kohle vorab zu Pellets und ersetzen damit handelsübliche Gesteinskörnungen.

Um das Ziel einer Klimaneutralität zu erreichen, sind Strategien und Prozesse nötig, die eine negative CO2-Bilanz aufweisen. Diese Negativemissionstechnologien NET bilden das Gegengewicht zu den voraussichtlich verbleibenden Emissionsausstößen und sollen dazu beitragen, dass das Resultat der Emissionsrechnung letztlich Null sein wird. Gerade der Baubereich ist als einer der Hauptemittenten besonders in der Pflicht. Rund acht Prozent der globalen Treibhausgasemissionen werden durch die Zement-Herstellung verursacht. Gleichzeitig keimen erste Bestrebungen, den Bausektor mit seinem massiven Ressourcenverbrauch als mögliche Kohlenstoffsenke zu nutzen.

Was paradox klingt, gelingt dann, wenn man Kohlenstoff zur Herstellung von Baumaterialien verwendet und dadurch langfristig der Atmosphäre entzieht. Damit solche Visionen dereinst Realität werden, braucht es wissenschaftliche Vorarbeit – so wie sie im „Concrete & Asphalt Lab“ der Empa geleistet wird. Ein Team rund um Abteilungsleiter Pietro Lura entwickelt ein Verfahren, wie Pflanzenkohle praxistauglich in Beton integriert werden kann.

Pflanzenkohle entsteht durch einen pyrolytischen Verkohlungsprozess unter Luftabschluss und besteht zu einem sehr großen Teil aus reinem Kohlenstoff – jenem Kohlenstoff, den die Pflanzen beim Wachsen in Form von CO2 der Atmosphäre entnommen haben. Während bei der Verbrennung von Pflanzen das CO2 wieder entweicht, bleibt es in der Pflanzenkohle langfristig stabil. Bereits heute gibt es erste Betonprodukte mit integrierter Pflanzenkohle auf dem Markt. Dabei wird die Kohle aber häufig unbehandelt in den Beton eingebracht, was zu einigen Schwierigkeiten führen kann.

„Die Pflanzenkohle ist sehr porös und absorbiert deshalb nicht nur viel Wasser, sondern auch teure Zusatzmittel, die bei der Betonherstellung verwendet werden“, erklärt der Empa-Forscher Mateusz Wyrzykowski. „Außerdem ist die Handhabung schwierig und auch nicht ganz ungefährlich. Der Kohlenstaub ist problematisch für die Atemwege und birgt eine gewisse Explosionsgefahr.“

Aus diesen Gründen schlagen die Forscher die Verarbeitung der Pflanzenkohle in Pellets vor. „Solche leichten Gesteinskörnungen gibt es heute bereits aus anderen Materialien wie Blähton oder Flugasche. Das Know-how im Umgang mit diesen Stoffen ist in der Branche vorhanden und damit steigen auch die Chancen, dass das Konzept in die Praxis übergeht“, sagt Wyrzykowski.

Zur Fertigung der Pellets nutzte das Team einen Rotationsmischer, vermengte darin die Pflanzenkohle mit Wasser und Zement und erhielt durch die Rotation kleine Kügelchen mit einem Durchmesser zwischen 4 und 32 Millimetern. Diese Pellets wiederum nutzten sie zur Herstellung von Normalbeton der Festigkeitsklassen C20/25 bis C30/37 – jener Klassen, die heute die größte Verbreitung im Hoch- und Tiefbau haben.

„Bei einem Anteil von zwanzig Volumenprozent Kohlenstoffpellets im Beton erreichen wir Netto-Null-Emissionen“, sagt Wyrzykowski. Das heißt, die gespeicherte Menge Kohlenstoff kompensiert alle Emissionen, die bei der Produktion der Pellets wie auch des Betons anfallen. Während man wohl auch beim Normalbeton mit zwanzig Volumenprozent die Grenze noch nicht erreicht hat, wird das negative Emissionspotenzial bei Leichtbeton besonders sichtbar: Ein Anteil von 45 Volumenprozent Kohlenstoffpellets im Beton führen zu insgesamt negativen Emissionen von minus 290 Kilogramm CO2 pro Kubikmeter. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Beton schlägt mit plus 200 Kilogramm CO2 pro Kubikmeter zu Buche.

Empa / RK