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Eine klimafreundliche Alternative zu herkömmlichem Zement haben Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der brasilianischen Universität Pará entwickelt. Mit einem bislang ungenutzten Abraumprodukt der Bauxitförderung als Rohstoff lässt sich der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid (CO2) während der Produktion um bis zu zwei Drittel senken. Gleichzeitig ist der alternative Zement genauso stabil wie der bisherige Portlandzement. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Sustainable Materials and Technologies" veröffentlicht.
Wohnhäuser, Fabrikhallen, Treppen, Brücken, Staudämme - all das könnte ohne Zement nicht gebaut werden. Schätzungen zufolge wurden im Jahr 2020 weltweit knapp sechs Milliarden Tonnen Zement produziert. Zement ist jedoch nicht nur ein wichtiger Baustoff, er ist zugleich für etwa acht Prozent der vom Menschen erzeugten CO2-Emissionen verantwortlich. "Bei der klassischen Produktion von Portlandzement werden verschiedene Rohstoffe, unter anderem Kalkstein, zu sogenanntem Klinker gebrannt", erklärt Prof. Dr. Herbert Pöllmann vom Institut für Geowissenschaften und Geographie der MLU. "Dabei wird Calciumcarbonat in Calciumoxid umgewandelt und eine Menge Kohlenstoffdioxid freigesetzt." Da CO2 ein Treibhausgas ist, wird seit einigen Jahren an Alternativen zum Portlandzement geforscht.
Als vielversprechend gilt Calciumsulfoaluminat-Zement, bei dem ein großer Teil des Kalks durch Bauxit ersetzt wird. Allerdings ist Bauxit ein begehrtes Ausgangsprodukt für die Aluminiumherstellung und nicht unbegrenzt verfügbar. Gemeinsam mit brasilianischen Mineralogen hat das MLU-Team nun quasi eine Alternative zur Alternative gefunden: Die Forschenden verwenden nicht reinen Bauxit, sondern ein Abraumprodukt - den Belterra-Lehm. "Diese bis zu 30 Meter dicke Tonschicht bedeckt die Bauxitlagerstätten im Tropengürtel der Erde, beispielsweise im Amazonasbecken", sagt Pöllmann. "Sie enthält genügend aluminiumhaltige Minerale für eine gute Qualität, ist in großen Mengen verfügbar und kann ohne zusätzliche Behandlung verarbeitet werden." Weiterer Pluspunkt: Der Belterra-Lehm wird ohnehin bewegt und muss für die Zementherstellung nicht extra erschlossen werden.
Ganz ohne Calciumcarbonat funktioniert die Zementherstellung nicht, doch immerhin 50 bis 60 Prozent des kohlensauren Kalks können durch Belterra-Lehm ersetzt werden. Das Verfahren hat noch einen weiteren umweltrelevanten Vorteil: Für den Brennprozess sind 1.250 Grad Celsius ausreichend - 200 Grad weniger als beim Portlandzement. Pöllmann: "Unsere Methode setzt also nicht nur bei der chemischen Umwandlung weniger CO2 frei, sondern auch beim Beheizen der Drehöfen." Durch die Kopplung dieser Effekte kann die CO2-Emission bei der Zementherstellung um bis zu zwei Drittel reduziert werden.
In aufwändigen Laboruntersuchungen konnten die Mineralogen nachweisen, dass ihr alternativer Zement allen Qualitätsanforderungen gerecht wird, die auch an den klassischen Portlandzement gestellt werden. In weiteren Forschungsprojekten soll nun untersucht werden, ob es auch in Deutschland Abraumquellen gibt, die sich für die Zementproduktion eignen.
Die Arbeit wurde vom brasilianischen Bildungsministerium gefördert.
Studie: Negrão L.B.A., Pöllmann H., da Costa M. L., Production of low- CO2 cements using abundant bauxite overburden "Belterra Clay". Sustainable Materials and Technologies (2021). DOI: 10.1016/j.susmat.2021.e00299
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists
Construction / architecture, Environment / ecology, Geosciences
transregional, national
Research results
German
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