Forscher aus Tokio entwickeln Recycling-Beton, der CO2 aus der Atmosphäre bindet

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Betonproben: Zwei Proben von Calciumcarbonat-Beton, eine mit Zementstein (links) und die andere mit Quarzsand. Beide Rohstoffe sind übliche Bau- und Abbruchabfälle. Foto: © 2021 Maruyama et al.
Betonproben: Zwei Proben von Calciumcarbonat-Beton, eine mit Zementstein (links) und die andere mit Quarzsand. Beide Rohstoffe sind übliche Bau- und Abbruchabfälle. Foto: © 2021 Maruyama et al.

Die moderne Welt ist aus Beton gebaut. Nahezu jedes hohe Gebäude in jeder Stadt verwendet das dauerhafte und vielseitige Material, um ihm Form und Festigkeit zu verleihen. Die Betonindustrie ist daher riesig, und das hat seinen Preis: Schätzungen zufolge stammen 7-8 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen aus der Herstellung und Verwendung von Zement, dem Hauptbestandteil von Beton. Und ein großer Teil dieses Anteils ist auf den notwendigen Einsatz von Calcium zurückzuführen, 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 verursachten Emissionen vorgeschlagen und nachgewiesen, dass er funktioniert. Sie haben eine Möglichkeit gefunden, Abfallbeton und abgeschiedenes Kohlendioxid in einem neuartigen Verfahren zu einer brauchbaren Form von Beton, dem sogenannten Calciumcarbonat-Beton, zu kombinieren.

Recycling-Beton: Inspiriert von Fossilien

Inspiriert von der Art und Weise, wie einige Wasserorganismen im Laufe der Zeit zu Fossilien aushärten, fragte sich Maruyama, ob derselbe Prozess, der harte Calciumcarbonat-Ablagerungen aus toter organischer Materie bildet, auch auf Beton angewendet werden könnte. 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 landet”, sagt 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.”

Weitere Forschung für erhöhte Festigkeit notwendig

Kalziumkarbonat ist ein sehr stabiles Material und eignet sich daher als langlebiges Baumaterial. 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 z. B. kleinen Häusern, kein Problem wäre. Außerdem wurden bisher nur kleine Blöcke von wenigen Zentimetern Länge hergestellt.

“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.”

Paper

Ippei Maruyama, Wataru Kotaka, Bui Ngoc Kien, Ryo Kurihara, Manabu Kanematsu, Hikotsugu Hyodo, Hiroshi Hirao, Ryoma Kitagaki, Masaki Tamura, Masato Tsujino, Satoshi Fujimoto and Takafumi Noguchi, “A New concept of calcium carbonate concrete using demolished concrete and CO2,” Science: October 8, 2021, doi:10.3151/jact.19.1052.

Link: zur Publikation

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