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Beton in der Umweltperspektive

Nach Wasser ist Beton die am meisten genutzte Ressource der Erde. Da er so häufig und in so großen Mengen verwendet wird, sind seine Auswirkungen auf die Umwelt in den Blickpunkt gerückt. Wir haben diese Fakten über Beton auf der Grundlage von Forschungsergebnissen und Experteninterviews zusammengetragen, um die Diskussion über die Auswirkungen von Beton auf die Umwelt zu unterstützen.

1. Zement und Beton sind von Natur aus wenig belastende Materialien

"Der Grund, warum Zement und Beton große Auswirkungen haben, ist, dass wir sie in so großen Mengen verwenden. In Wirklichkeit haben sie weitaus geringere Auswirkungen als jeder Ersatzstoff. Wenn wir also Zement oder Beton durch andere Materialien ersetzen, die eine höhere Umweltbelastung haben, wird sich die Situation nicht verbessern. Dr. Karen Scrivener, Leiterin des Labors für Baumaterialien an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, weist darauf hin.

"Wir dürfen nicht vergessen, dass die Gesamtauswirkungen in Bezug auf die CO2-Emissionen nur deshalb so hoch sind, weil mehr als die Hälfte aller von uns verwendeten Baumaterialien aus Beton oder Zement bestehen.

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2. Das im Beton enthaltene CO2 macht sich aufgrund der höheren Energieeffizienz von Betongebäuden schon früh während ihrer Lebensdauer bezahlt.

Beton wird aus einer Mischung von Zuschlagstoffen, Zement, Wasser und Luft hergestellt. Die typische Betonmischung enthält zwischen 10 und 15 Prozent Zement. Laut der Betoninitiative, einem Projekt unter der Leitung von CEMBUREAU (Europäischer Zementverband), BIBM (Europäischer Verband der Betonfertigteilindustrie), ERMCO (Europäischer Transportbetonverband) und UEPG (Europäischer Gesteinsverband), hat eine typische Betonmischung einen CO2-Ausstoß von 50-150 kg pro Tonne, wenn man die CO2-Emissionen bei der Gewinnung, dem Transport und der Herstellung dieser Bestandteile berücksichtigt. Studien zeigen, dass die Amortisationszeit für Betongebäude bis zu 11 Jahre betragen kann.

3. Konventionelle Gebäude verbrauchen 150-200 kWh/m2/Jahr an Energie.

Im Gegensatz dazu können moderne Betongebäude so konzipiert werden, dass sie 50 kWh/m2/Jahr oder noch weniger Energie verbrauchen. Beton trägt aufgrund seiner Langlebigkeit, Luftdichtheit und thermischen Masse zu einer höheren Energieeffizienz bei. Gebäude aus Beton können über 100 Jahre halten. Vergleicht man dies mit Gebäuden aus anderen Baumaterialien, die nur 50 Jahre halten und zweimal neu gebaut werden müssten, um die gleiche Zeitspanne zu überdauern, so wird deutlich, dass Betongebäude sowohl Ressourcen sparen als auch weniger CO2 enthalten. Betonkonstruktionen haben außerdem nur sehr wenige Fugen, was dazu beiträgt, dass die Gebäude luftdicht sind. Die thermische Masse ermöglicht es dem Beton, Wärme zu absorbieren und eine Überhitzung zu verhindern. Die gespeicherte Wärme wird dann am Abend abgegeben, wenn es draußen kühler ist. Dadurch bleiben die Raumtemperaturen das ganze Jahr über relativ konstant, was bedeutet, dass weniger Energie zum Heizen oder Kühlen der Räume benötigt wird.

4. Derzeit wird viel Forschung im Bereich umweltfreundlicherer Zement betrieben.

"Neunzig Prozent der mit Beton verbundenen CO2-Emissionen stammen aus der Zementklinkerproduktion. Klinker ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Portlandzement, das entsteht, wenn Kalkstein und Alumosilikate wie Ton im Zementdrehrohrofen auf eine hohe Temperatur erhitzt werden. Derzeit wird intensiv an der Entwicklung umweltfreundlicherer Zemente geforscht, um den Klinkeranteil im fertigen Zement so weit wie möglich zu reduzieren", erklärt Prof. Christian John Engelsen, leitender Wissenschaftler bei SINTEF, einem unabhängigen Forschungsinstitut in Norwegen.

Dr. Scrivener und ihr Team haben auch eine neue Art von Zement namens LC3 (Limestone Calcined Clay Cement) entwickelt, der die CO2-Emissionen um 30 Prozent senken kann. LC3 wird aus Kalkstein und minderwertigen Tonen hergestellt, die im Überfluss vorhanden sind, und ist damit eine kosteneffiziente Alternative zu Portlandzement, da er keine kapitalintensiven Änderungen an bestehenden Anlagen erfordert.

Prof. Christian John Engelsen, leitender Wissenschaftler bei SINTEF

5. Die Karbonatisierung, ein natürlicher Prozess, der seit Jahrtausenden bekannt ist, ermöglicht es Betonstrukturen, CO2 aus der Atmosphäre zu absorbieren.

"Wenn Zement zur Herstellung von Beton hinzugefügt wird, beginnt der natürliche Karbonatisierungsprozess, da die Karbonatisierung durch das Zusammentreffen von Kalk, Wasser und Luft entsteht. Die Geschwindigkeit der Karbonatisierung hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie z. B. der Betonqualität, der Feuchtigkeit und der Oberflächenbehandlung", sagt Engelsen.

Er zitiert eine Studie, die sein Team vor einigen Jahren zur Berechnung der CO2-Absorption im norwegischen Gebäudebestand durchgeführt hat. "Wir haben errechnet, dass bei einer Nutzungsdauer von 100 Jahren und einem 10-prozentigen Anteil an Recyclingbeton die CO2-Rückbindung etwa 15 Prozent des bei der Herstellung des Zements emittierten CO2 beträgt. Dieser Wert gilt als konservativ, da wir die Menge an CO2, die aus der Atmosphäre gebunden wird, nicht überbewerten wollten."

Jussi Mattila ist Geschäftsführer der Confederation of Finnish Construction Industries RT (CFCI), einer Interessengemeinschaft von Bauunternehmen, Spezialunternehmen und der Bauproduktindustrie. Mattila ist aktiv an Concrete Solutions beteiligt, einem Projekt des finnischen Umweltinstituts, das sich mit den Möglichkeiten von Beton als Kohlenstoffsenke befasst. "Wir stellen seit 150 Jahren Zement und Beton her. Wir haben also eine Menge Betonkonstruktionen hergestellt, die der Atmosphäre ständig CO2 entziehen. Wir führen Forschungsarbeiten durch, um zu quantifizieren, wie groß die Kohlenstoffsenke ist, die Beton darstellt, aber wir stehen noch ganz am Anfang.

Mattila fügt hinzu, dass weltweit Forschungsarbeiten über das Potenzial von Beton als Kohlenstoffsenke durchgeführt werden. Concrete Solutions zum Beispiel ist ein 1,1 Millionen Euro teures Forschungsprojekt. "Es gibt eine Reihe von Überlegungen, die wir anstellen müssen, wenn wir über die Möglichkeiten sprechen, die Beton als Kohlenstoffsenke bietet. Es hängt von einer Kombination von Faktoren ab. In Finnland zum Beispiel, wo wir ein anderes Klima haben, verwenden wir frostsicheren Beton, der sich möglicherweise anders verhält als der in anderen Teilen der Welt verwendete Beton.

Nach Angaben der Betoninitiative kann die Karbonatisierung vor allem nach dem Abriss eines Betongebäudes und der Zerkleinerung der Betonteile von Bedeutung sein, wenn sich die der Luft ausgesetzte Oberfläche drastisch vergrößert.

Jussi Mattila ist Geschäftsführer des Verbandes der finnischen Bauwirtschaft RT (CFCI)

6. Beton ist zu 100 Prozent recycelbar.

Bei der Berechnung der Umweltauswirkungen von Beton muss auch berücksichtigt werden, was nach dem Abriss eines Betongebäudes geschieht. Beton kann leicht wiederverwendet und recycelt werden: Zuschlagstoffe aus abgerissenen Gebäuden können in ungebundenen Anwendungen wie Straßenunterbau und sogar als Zuschlagstoffe für neuen Beton verwendet werden.

"Ausrangierte Fertigteile aus Betonelementanlagen können bis zu fünf Prozent der Materialien ersetzen, da es sich bei dem Produktionsabfall um hochwertigen Beton handelt. Und da man die Kontrolle über die Betonrezeptur hat, kann man sie leicht zerkleinern und in einer neuen Produktion wiederverwenden". erklärt Engelsen.

7. Die mit Betonprodukten verbundenen Netto-CO2-Emissionen sind über den gesamten Lebenszyklus hinweg geringer, als wenn nur der CO2-Ausstoß bei der Herstellung berücksichtigt wird.

"Es besteht die Tendenz, sich auf das CO2 zu konzentrieren, das bei der Herstellung von Beton entsteht. Wir müssen die gesamte Lebensdauer einer Betonkonstruktion betrachten, um eine genaue Vorstellung von den Umweltauswirkungen zu bekommen. Beton schneidet in Bezug auf Energieeffizienz, geringere Wartungskosten und längere Lebensdauer besser ab als andere Baumaterialien", so Mattila. "Solange ein Betongebäude richtig gewartet wird, hält es im Grunde ewig. Und solange es steht, wird es CO2 aus der Atmosphäre binden."

Es ist wichtig, realistisch über Beton zu sein

Dr. Karen Scrivener ist eine Materialchemikerin, die für ihre bahnbrechenden Arbeiten über zementartige Materialien bekannt ist, ein Gebiet, das sie seit über vier Jahrzehnten erforscht. Sie leitet das Labor für Baumaterialien an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, wo sie als Professorin tätig ist.

Wir müssen realistisch einschätzen, welche Rolle Beton in unserem Leben spielt und wie wir seine Auswirkungen auf die Umwelt abmildern können. Eines wissen wir: Da wir so viel Beton verwenden - er macht etwa die Hälfte aller von uns verwendeten Materialien aus - haben wir auch eine große Chance, die Dinge zu verbessern. Zum Vergleich: Wir stellen etwa 4 Milliarden Tonnen Zement her, was etwa der 10-fachen Menge an Beton entspricht. Wenn wir zum Beispiel die Menge der CO2-Emissionen ein wenig verändern können, kann das, multipliziert mit der Menge des von uns verwendeten Materials, eine ganz erhebliche Wirkung haben.

Es wurde viel darüber diskutiert, was getan werden kann, um die Auswirkungen von Beton zu verringern. Einige haben vorgeschlagen, die Karbonisierungskapazität des Betons zu verbessern, damit er mehr CO2 binden kann. Auch wenn hier ein gewisser Spielraum besteht, wird es sich immer nur um einen recht bescheidenen Anteil des emittierten CO2 handeln. Und es wird Anwendungen geben, die nicht in allen Situationen genutzt werden können.

Es gab auch Vorschläge, Betonblöcke mit Bakterien herzustellen. Tatsache ist, dass dies keine wirkliche Lösung darstellt, denn das Kalzium, das diese Bakterien verwenden, muss aus der Entkarbonisierung von Kalkstein stammen, wie sie auch bei der Herstellung von Zement verwendet wird. Es könnte das Problem sogar verschlimmern, da man wahrscheinlich größere Mengen an Kalzium benötigt. Vor allem in den Medien besteht die Tendenz, sich auf Dinge zu konzentrieren, die innovativer klingen als sie tatsächlich sind.

Wir müssen bedenken, dass 90 Prozent der Betonproduktion in Schwellen- oder Entwicklungsländern stattfindet. Wir müssen sicherstellen, dass die Lösungen, die wir entwickeln, auch wirklich in der Praxis eingesetzt werden können. Wir müssen auch praktisch sein. Wir müssen darüber nachdenken, wie wir die gesamte Kette verbessern können.

Wir haben vor einigen Jahren einen Bericht für die European Climate Foundation verfasst, in dem wir schätzten, dass wir allein mit den heute verfügbaren Technologien die Emissionen um bis zu 80 Prozent senken können, indem wir diese verschiedenen Glieder der Kette optimieren.

Die erste Ebene, an der wir arbeiten müssen, ist die Ebene des Zements. Deshalb haben wir LC3 entwickelt, weil es zu Einsparungen zwischen 30 und 40 Prozent führen kann. Und dann muss man sich die Betonebene ansehen. Wir sind sehr verschwenderisch und neigen dazu, viel mehr Zement in den Beton zu geben als nötig. Auf dieser Ebene können wir weitere 40-50 % einsparen. Und dann schauen wir uns die eigentliche Konstruktion an. Auch hier verwenden wir mehr Beton als nötig, und die Verschwendungsrate kann bis zu 50 % oder das Doppelte des tatsächlichen Bedarfs betragen. Wenn man all diese Ebenen zusammenzählt, kommt man zu ganz erheblichen Einsparungen bei diesem Material.

Wir müssen praktische Dinge umsetzen und gleichzeitig an längerfristigen Lösungen wie der Kohlenstoffabscheidung arbeiten. Aber wir müssen uns über die Dringlichkeit der Situation im Klaren sein. Die Betonindustrie ist sich des Problems der Umweltzerstörung sehr bewusst, und es ist wichtig, jetzt zu handeln.

Dr. Karen Scrivener