Het is het meest gebruikte product ter wereld. Cement is onmisbaar, maar de reputatie ervan is behoorlijk aangetast in de loop van het voortdurende klimaatdebat. Vermengd met water, zand en grind, het resulteert in concreet, waarop onze moderne wereld is gebouwd. Echter, het zuinige materiaal staat vooral in de schijnwerpers vanwege een andere eigenschap:de productie van één ton cement veroorzaakt ongeveer

700 kg kooldioxide (CO ₂ ) die in de atmosfeer wordt uitgestoten. Dit is minder dan in het geval van zeggen, productie van staal of aluminium. Maar het is de enorme hoeveelheid die het verschil maakt. Elk jaar, we produceren wereldwijd zo'n twaalf kubieke kilometer beton, een hoeveelheid die het Vierwoudstrekenmeer volledig zou kunnen vullen - elk jaar opnieuw. En de trend is stijgende.

Het aandeel van de wereldwijde CO2-uitstoot door de cementindustrie ligt momenteel rond de zeven procent. Echter, dit zal in de toekomst waarschijnlijk toenemen, aangezien de vraag in Azië en in toenemende mate ook in Afrika toeneemt, terwijl de productie in Europa min of meer stabiel is. Hoog tijd dus om op zoek te gaan naar een cement dat mensen huisvesting en infrastructuur biedt, maar houdt nog steeds rekening met milieuaspecten en kan worden geproduceerd in overeenstemming met onze klimaatdoelstellingen. Het Milieuprogramma van de Verenigde Naties (UNEP) roept ook op tot de onmiddellijke ontwikkeling en het gebruik van nieuwe op cement gebaseerde materialen die klimaatvriendelijker en tegelijkertijd kosteneffectief zijn. Empa-onderzoekers werken dus aan alternatieve soorten cement en beton die minder schadelijk broeikasgas produceren of zelfs CO . kunnen binden ₂ .

"Cement wordt traditioneel verbrand in een draaitrommeloven bij zo'n 1450 graden Celsius, ", zegt Empa-onderzoeker Frank Winnefeld van Empa's Concrete &Asphalt-lab. Hoewel fossiele brandstoffen kunnen worden vervangen door alternatieve energieën, "met een gemiddelde substitutiegraad van 50 procent met de huidige technologieën, het besparingspotentieel is al behoorlijk uitgeput, tenminste in Europa, " zegt Winnefeld. Echter, meer energie kan worden bespaard door grondstoffen te gebruiken die een lagere verbrandingstemperatuur vereisen. Een veelbelovende kandidaat is CSA-cement gemaakt van calciumsulfoaluminaat. Het vereist een 200 graden lagere stooktemperatuur en stoot zo'n 200 kg minder CO2 per ton cement uit. Maar de vermindering van de uitstoot van broeikasgassen is niet alleen te danken aan de lagere stooktemperatuur. Een groot deel van het klimaatvoordeel van CSA-cement is te danken aan de lagere hoeveelheid kalksteen in de grondstofmix.

Enorme vraag

Kalksteen is verantwoordelijk voor het grootste deel van de CO2-uitstoot door een chemische reactie tijdens de cementproductie. Dus, het verminderen van het aandeel kalksteen is een interessant aspect bij de ontwikkeling van ecocement. Naast CSA-cement, onderzoekers kijken naar vervangende bestanddelen die zich ophopen als afvalstoffen in andere industrieën.

Deze omvatten slakken van hoogovens die worden gebruikt bij de productie van ruwijzer en vliegas die overblijft bij de verbranding van kolen. Beide producten kunnen worden gemengd met cement om de CO2-uitstoot te verminderen.

Maar deze secundaire grondstoffen kunnen niet voldoen aan de gigantische vraag van de industrie. Empa-onderzoekers zijn, daarom, nieuwe wegen inslaan en industrietakken identificeren waarvan de reststoffen nog weinig worden gebruikt. "De metallurgische terugwinning van edele metalen uit elektronisch afval laat een hoogwaardige slak achter die ook in poedervorm met cement kan worden gemengd, " legt Winnefeld uit. Als het gehalte aan zware metalen in de slak voldoet aan de wettelijke normen, dit cement zou ook in Zwitserland kunnen worden gebruikt. Het goede nieuws is dat het sediment van de "urban mine" van de overblijfselen van onze niet meer gebruikte mobiele telefoons en computers in de toekomst zal blijven groeien. Volgens Winfeld, het is ook mogelijk om mineraal bouwafval te gebruiken voor cementtoevoegingen.

Het type additieven in cement zou zelfs zo kunnen worden veranderd dat het verbrandingsproces volledig zou kunnen worden geëlimineerd. In zogenaamd alkali-geactiveerd cement, de componenten zoals slakken, as of gecalcineerde klei worden tot de gewenste chemische reactie gebracht door sterke alkalische oplossingen zoals natriumsilicaten. De producten van deze reactie worden vervolgens gecombineerd om een ​​materiaal te vormen waarvan de druksterkte overeenkomt met die van verbrand, conventioneel cement.

Klimaatgas gevangen in beton

Ook de mogelijkheid om CO2 in beton te binden in plaats van vrij te geven is een ingenieuze eigenschap. een CO ₂ -negatief beton zou een echte klimaatvriend zijn. Empa-onderzoekers werken aan een op magnesium gebaseerd cement dat de basis zal vormen voor dit eco-beton. Middelen voor de grondstof zijn beschikbaar in gebieden waar magnesiumhoudend olivijn in de bodem wordt aangetroffen. Het mineraal wordt vooral diep in de aardmantel gevonden. Echter, als het door vulkanische activiteit naar de oppervlakte wordt getransporteerd, bijvoorbeeld in Scandinavië, het kan worden afgebroken. Bij de cementproductie uit olivijn, Aan het ruwe magnesiumsilicaat wordt vervolgens CO2 toegevoegd. En aangezien slechts een deel van het materiaal in een volgende verwerkingsstap wordt verbrand, er wordt in totaal minder CO2 geproduceerd dan voorheen werd verbruikt. En hoewel het product al een pakkende naam draagt ​​("MOMS", magnesiumoxide afgeleid van silicaten), zijn eigenschappen zijn nog grotendeels onontgonnen.

Groeiende diversiteit

Om ervoor te zorgen dat dergelijke benaderingen niet eindigen als nicheproducten, maar kan industrieel en kosteneffectief worden geproduceerd, nauwgezette analyses moeten aantonen dat ecocement aan dezelfde eisen voldoet als conventionele producten. Veel alternatieve soorten cement missen momenteel de eenvoudige recepten voor het toevoegen van nieuwe bestanddelen of het wijzigen van productieprocessen zonder de felbegeerde eigenschappen van traditioneel cement in gevaar te brengen. Zolang de minstens gelijkwaardige prestatie van eco-cement niet onomstotelijk kan worden aangetoond, het klassieke Portlandcement, een goedkoop en goed gekarakteriseerd bouwmateriaal, blijft het materiaal bij uitstek voor civiel ingenieurs.

Cementonderzoekers bij Empa analyseren momenteel chemische mengverhoudingen en conformiteitscriteria zoals de sterkte en duurzaamheid van nieuwe soorten cement, de weg vrijmaakt voor goedkeuringen die voldoen aan de normen. Het gaat om onderzoeken op kleine en gigantische schaal. Naast chemisch onderzoek, microscopische analyses en thermodynamische modellering, waarmee de reacties in cement worden onderzocht, Ook wordt het draagvermogen van grote onderdelen van verschillende cementsoorten vergeleken. "Industriële processen zullen moeten worden geoptimaliseerd, omdat ze in veel gevallen nog te duur zijn, " zegt Winnefeld. Het is duidelijk, echter, dat alternatieve cementsoorten kunnen worden gebruikt om beton te produceren met een vergelijkbare of zelfs betere duurzaamheid.

In elk geval, één ontwikkeling is al zichtbaar:de verscheidenheid aan cement- en betonproducten zal in de toekomst toenemen. Voor producenten van bouwmaterialen, deze diversiteit leidt tot hogere eisen. Bovendien, Winnefeld is er zeker van dat het gebruik van secundaire grondstoffen lokale oplossingen aantrekkelijker zou maken als er geen transportroutes zouden zijn, bijvoorbeeld omdat er in de buurt van een cementfabriek geschikte industriële reststoffen worden geproduceerd.

Betonproductie is verantwoordelijk voor ongeveer 6% van de door de mens veroorzaakte CO2-emissies wereldwijd, in Zwitserland zelfs voor 9%. In de doe-het-zelfsector beton wordt gemengd met behulp van eenvoudige vuistregels. Bijvoorbeeld, 300 kg cement, 180 l water en 1890 kg aggregaat produceren een kubieke meter beton. De CO2-uitstoot van het beton komt grotendeels voort uit het cementgehalte:cement moet verbrand worden op 1450 graden, waarbij mineraalgebonden CO ₂ lost op uit de kalksteen. Wereldwijd, Jaarlijks wordt 2,8 miljard ton cement geproduceerd.