Recyclingfähigkeit von klinkerarmen Zementen durch „Carbon Capture and Utilization“ – Wege für eine nachhaltige Betonproduktion

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Nancy Beuntner
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522218903

Der hohe Verbrauch natürlicher Ressourcen und die hohen CO2-Emmissionen, die der Bausektor verursacht, sind die größten Herausforderungen, die es zur Erreichung der Klimaneutralität zu meistern gilt. Die Integration von Betonabbruch in Recyclingkreisläufe ist ein essentieller Schritt, um die gesetzten Ziele zu erreichen. Einen vielversprechenden Lösungsansatz liefert „carbon capture and utilization“ (CCU). Durch die Recarbonatisierung der Feinanteile des Betonabbruchs (Zementstein) und den anschließenden Einsatz als reaktiver Zementersatzstoff (supplementary cementitious materials (SCM)) kann CCU ein Teil der Problemlösung für beide Herausforderungen sein. Mit dem Einsatz moderner klinkerreduzierter Kompositzemente sind für zukünftig anfallende Feinanteile des Betonabbruchs deutliche Unterschiede der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung im Vergleich zu bisher üblichen Betonen zu erwarten. Systematische Untersuchungen, inwieweit sich perspektivisch klinkerreduzierte Zemente zur Recarbonatisierung und dem anschließenden Einsatz als reaktiver Zementersatzstoff eignen, fehlen jedoch bislang. Hier setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an. Durch die gezielte Herstellung, Hydratation und Carbonatisierung exemplarisch ausgewählter moderner Zemente (CEM II/C-M und CEM VI) sind im ersten Teil die Zusammenhänge zwischen Chemie und Mineralogie der verwendeten Zemente und den Eigenschaften sowie der Reaktivität des daraus resultierenden recycelten Zementsteins (recycSCM) zu erarbeiten. Im nächsten Schritt ist das Leistungsvermögen der recycSCM mittels eines Hydratationsmodells während der ersten 48 Stunden und den Aktivitätsindex gemäß DIN EN 197-1 nach 28 Tagen systematisch zu untersuchen. Die Aufnahme des CO2 bei der Carbonatisierung des Zementsteins und der anschließende Einsatz des recycSCM als reaktives SCM bedingen eine erhebliche Reduktion des Klinkeranteils und somit ein deutliches CO2-Einsparpotential. Dieses Einsparpotential ist der emittierten CO2-Menge bei der Produktion der verschiedenen Zementarten gegenüberzustellen und mit ihr zu vergleichen. So kann detailliert die CO2-Bilanz von klinkerreichen und klinkerarmen Zementen unter Zusatz der verschiedenen recycSCMs erstellt und weiterführend der ökologische Fußabdruck für daraus hergestellten Betone exemplarisch prognostiziert werden. Zusammenfassend werden im Forschungsvorhaben die wesentlichen Parameter Reaktivität, Hydratationsverhalten und Leistungsfähigkeit sowie die ökologische Effizienz von recycSCM betrachtet. Mit den Ergebnissen des beantragten Vorhabens können rezyklierte Feinanteile des zukünftigen Betonabbruchs in den weltweit zu erwartenden üblichen Zusammensetzungen hinsichtlich ihres Beitrages als reaktive Bindemittelkomponente vorab beurteilt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen