Calciumcarbonat-Beton: Ein neuer Baustoff aus Abfällen und CO2

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Forschende kombinieren Abfallbeton und abgeschiedenes Kohlendioxid in einem neuartigen Verfahren zu einer neuen, nachhaltigeren Form von Beton.

• Eine neue Art von Beton könnte die Emissionen in der Bauindustrie verringern.

• Calciumcarbonat-Beton entsteht aus Betonabfällen und Kohlendioxid aus der Luft oder Industrieabgasen.

• Er ist ein vielversprechender Baustoff für die Zukunft, besonders dort, wo die natürlichen Ressourcen begrenzt sind.

• Allerdings reicht er in puncto Festigkeit nicht ganz an herkömmlichen Beton heran.

Schätzungen zufolge stammen etwa 7 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen aus der Herstellung und Verwendung von Zement, dem Hauptbestandteil von Beton. Und ein großer Teil davon geht auf den notwendigen Einsatz von Kalzium zurück, das in der Regel durch das Verbrennen von Kalkstein gewonnen wird. Professor Ippei Maruyama und der Projektleiter des C4S-Projekts (Calcium Carbonate Circulation System for Construction), Professor Takafumi Noguchi, beide vom Fachbereich Architektur der Universität Tokio, haben einen neuen Weg zur Verringerung der durch die Verwendung von Beton verursachten Emissionen vorgeschlagen und nachgewiesen, dass er funktioniert. Sie haben ein Verfahren gefunden, Abfallbeton und abgeschiedenes Kohlendioxid in einem neuartigen Verfahren zu einer brauchbaren Form von Beton, dem so genannten Calciumcarbonat-Beton, zu kombinieren.

Entstehung von Fossilien als Vorbild

Inspiriert von der Art und Weise, wie einige Wasserorganismen im Laufe der Zeit zu Fossilien aushärten, fragte sich Maruyama, ob sich derselbe Prozess, der harte Calciumcarbonat-Ablagerungen aus toter organischer Materie bildet, auch auf Beton anwenden lässt. Calcium ist für die Reaktion zwischen Zement und Wasser zur Bildung von Beton unerlässlich, und Maruyama sah dies als Gelegenheit, einen weniger kohlenstoffintensiven Weg zu erforschen, um dieselbe Funktion zu erfüllen.

"Unser Konzept besteht darin, Calcium aus weggeworfenem Beton zu gewinnen, der sonst im Abfall landen würde", so Maruyama. "Wir kombinieren es mit Kohlendioxid aus Industrieabgasen oder sogar aus der Luft. Und wir tun dies bei viel niedrigeren Temperaturen als denen, die derzeit zur Gewinnung von Calcium aus Kalkstein verwendet werden.

Noch viele Herausforderungen beim Calciumcarbonat-Beton

Calciumcarbonat ist ein sehr stabiles Material und eignet sich daher als langlebiges Baumaterial. Und die Möglichkeit, große Mengen an Material und Abfällen zu recyceln, ist ein großer Vorteil. Allerdings kann Calciumcarbonat-Beton derzeit keinen herkömmlichen Beton ersetzen. Er ist nicht ganz so fest wie herkömmlicher Beton, obwohl dies bei einigen Bauprojekten, wie zum Beispiel kleinen Häusern, kein Problem wäre. Außerdem entstanden bisher nur kleine Blöcke von wenigen Zentimetern Länge.

"Es ist spannend, in diesem Bereich Fortschritte zu machen, aber es gibt noch viele Herausforderungen zu bewältigen", so Noguchi. "Neben der Erhöhung der Festigkeit und der Größenbegrenzung von Calciumcarbonat-Beton wäre es noch besser, wenn wir den Energieverbrauch des Produktionsprozesses weiter senken könnten. Wir hoffen jedoch, dass sich kohlenstoffneutraler Calciumcarbonat-Beton in den kommenden Jahrzehnten durchsetzen und eine der Lösungen für den Klimawandel darstellen wird."

Zeitschriftenartikel
Ippei Maruyama, Wataru Kotaka, Bui Ngoc Kien, Ryo Kurihara, Manabu Kanematsu, Hikotsugu Hyodo, Hiroshi Hirao, Ryoma Kitagaki, Masaki Tamura, Masato Tsujino, Satoshi Fujimoto und Takafumi Noguchi, "A New concept of calcium carbonate concrete using demolished concrete and CO2" Journal of Advanced Concrete Technology, DOI: 10.3151/jact.19.1052
https://doi.org/10.3151/jact.19.1052

Finanzierung
Diese Forschung wurde durch das NEDO Moonshot Projekt, C4S Forschungs- und Entwicklungsprojekt, Calcium Carbonate Circulation System for Construction, finanziert.

Weitere Informationen
Hochschule für Ingenieurwesen - https://www.t.u-tokyo.ac.jp/soee/index.html
Fachbereich Architektur - https://arch.t.u-tokyo.ac.jp/

Bild: Zwei Proben von Calciumcarbonat-Beton, eine mit Zementstein (links) und die andere mit Quarzsand. Beide Rohstoffe stammen aus Bauabfällen. Credit: © 2021 Maruyama et al.

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