CO₂-Mineralisierung von Betonabfällen
Heidelberg Materials hat kürzlich einen wichtigen Meilenstein erreicht: Erstmalig wurde in einem Zementwerk die aktivierte Karbonatisierung von rezykliertem Betonfeinanteil in industriellem Maßstab durchgeführt. Dadurch konnte nachgewiesen werden, dass die mineralische Karbonatisierung eine vielversprechende Anwendungsmöglichkeit zur Abscheidung und Nutzung von Kohlendioxid (Carbon Capture and Utilization, CCU) ist. Dieser Test wäre jedoch nicht möglich gewesen, ohne zuvor ein wissenschaftliches Verständnis der neuen CCU-Technologie entwickelt zu haben.
Das Konzept beruht auf einem verbesserten Betonrecycling, bei dem die zementsteinreichen Feinanteile von Sand und größeren Zuschlagstoffen getrennt werden. Diese Feinanteile werden dann aktiv karbonatisiert, wodurch ein neues Material entsteht, das für die Herstellung neuer Kompositzemente verwendet werden kann. Bei sachgemäßer Behandlung zeichnen sich karbonatisierte, recycelte Betonfeinanteile (RCP) durch ähnliche Eigenschaften aus wie typisches Puzzolan, z. B. Flugasche in Kompositzementen. Die gesammelten Erfahrungen mit Rekarbonatisierung von Feinanteilen recyclierten Betons und deren Verwendung für die Entwicklung von Kompositzementen wurden in der wissenschaftlichen Veröffentlichung CO₂ mineralization of demolished concrete wastes into a supplementary cementitious material – a new CCU approach for the cement industry zusammengefasst.
Betonfeinanteile als CO₂-Senke und Klinkerersatzstoff
Das Grundkonzept mineralischer Karbonatisierung besteht darin, dass die hydraulischen Zementbestandteile und ihre Hydratationsprodukte in einer feuchten Umgebung leicht mit CO₂ reagieren können. Somit kann der größte Teil des CO₂, das ursprünglich durch die Kalzinierung von Kalkstein bei der Klinkerherstellung freigesetzt wurde, durch Karbonatisierung des RCP gebunden werden. Eine (nahezu) vollständige Karbonatisierung kann hierbei bei Umgebungstemperatur und -druck innerhalb weniger Minuten bis zu einigen Stunden erzielt werden.
Hierfür genügt schon eine relativ niedrige CO₂-Konzentration im Gas, wie sie gleichermaßen z. B. in den Abgasen eines Zementwerks zu finden ist. Bei der Karbonatisierung von Zementstein entstehen Kalziumkarbonat und ein amorphes Gel, wobei Letzteres ein puzzolanisches Material darstellt. Die puzzolanische Reaktion des Gels verläuft sehr schnell und trägt zur Entwicklung von Druckfestigkeit bei. Das Material kann daher als Klinkerersatzstoff verwendet/eingesetzt werden, und trägt somit potenziell zur Verringerung des Klinkeranteils/-faktors im Zement bei.
Die Bedeutung der Rekarbonatisierung für die Kreislaufwirtschaft
Die Verwendung von RCP in der Zementherstellung hat zwei wesentliche Vorteile: Es ermöglicht zum einen die Sequestrierung von CO₂ aus dem Abgasstrom mittels eines adäquaten/effizienten Karbonatisierungsprozesses und kann darüberhinaus in karbonatisierter Form in Kompositzementen als Klinkerersatzstoff eingesetzt werden, wodurch die CO₂-Emissionen in der Zementherstellung weiterreduziert werden. Das Konzept trägt signifikant zur Kreislaufwirtschaft bei und schont die natürlichen Ressourcen, da alle Materialien, die in Betonabbruch vorkommen, recycelt und für die Herstellung von neuem Beton verwendet werden können. Daher ist es ein fester Bestandteil des Weges von Heidelberg Materials zur CO₂-Neutralität.
