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CO2-Speicherung : Beton für den Klimaschutz?

Ein Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs: Beton nimmt CO2 auf. Bild: Thiel, Christian

Zementherstellung setzt jede Menge CO2 frei. Doch das fertige Produkt nimmt auch welches auf. Jetzt weiß man, wie viel.

          5 Min.

          Als klimafreundlicher Baustoff war Zement bisher nicht bekannt. Im Gegenteil, so schmutzig grau wie sein Äußeres ist auch sein Ruf. Und ganz zu Recht. Denn weltweit gehen 90 Prozent des industriellen Kohlendioxidausstoßes – also alles, was über die Emissionen aus Energieerzeugung und Landwirtschaft hinausgeht – auf die Zementproduktion zurück. Nun jedoch haben Geowissenschaftler einen Versuch zur Ehrenrettung des Zements unternommen. Ist das Material am Ende gar nicht so klimaschädlich wie gedacht?

          Die Frage ist nicht unwichtig, denn Zement ist begehrt wie selten zuvor. 76,2 Milliarden Tonnen wurden zwischen 1930 und 2013 produziert, darunter allein vier Milliarden im Jahr 2013. Ohne Zement gäbe es keinen Zementmörtel und vor allem keinen Beton, den Stoff, aus dem unsere Städte inzwischen hauptsächlich bestehen. Zement ist beliebt, weil er billig, vielseitig und leicht herzustellen ist. Dazu wird sogenannter Zementklinker mit Gips oder Anhydrit zu Pulver vermahlen. Durch Zugabe von Hüttensand, Flugasche oder Kalkstein kann die Mischung beliebig abgewandelt werden.

          Treibhausgas aus dem Zementofen

          Seine schlechte Klimabilanz beschert dem Zement die Herstellung des Zementklinkers. Dazu werden Kalk und Ton auf rund 1450 °C erhitzt. Je nach Bedarf können noch Quarzsand oder Eisenerz beigemengt werden. Während des Brennens wandelt sich der Kalk in ein Oxid um und verbindet sich dann teilweise mit den anderen Stoffen zu Klinker. Klimaschädlich sind dabei nicht allein die gewaltigen Mengen an Treibhausgas, die durch die Befeuerung der Zementöfen frei werden. Auch der Kalk gibt bei der Umwandlung in Oxid, der sogenannten Calcinierung, Kohlendioxid frei.

          Rund 38 Gigatonnen Kohlendioxid wurden durch diesen Prozess zwischen 1930 und 2013 ausgestoßen, schreibt ein Forscherteam um Fengming Xi vom Institut für angewandte Ökologie an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shenyang diese Woche in „Nature Geoscience“. Das eigentlich Neue an dieser Studie sind aber nicht die Zahlen zum Treibhausausstoß der Zementproduktion, sondern Berechnungen der Kohlendioxidmengen, die infolge einer gegenläufigen chemischen Reaktion wieder in den Zement aufgenommen werden.

          CO2 verschwindet im Beton

          Diese Umkehr der Calcinierung heißt Carbonatisierung. Dabei absorbiert der Zement langsam Kohlendioxid aus der Luft. Bei Stahlbeton ist das ausgesprochen unerwünscht, denn es verändert seinen pH-Wert und fördert die Korrosion verstärkender Metallteile. „An sich schwächt die Carbonatisierung den Zement aber nicht“, sagt Steven Davis, Koautor der Studie. Tatsächlich wird Beton dadurch mit der Zeit sogar immer fester.

          Theoretisch, so Davis, könne der Zement langfristig sogar die gesamte Menge des bei seiner Herstellung emittierten Kohlendioxids wieder aufnehmen. Allerdings ist die Carbonatisierung ein langsamer Prozess. Von den Oberflächen mit Luftkontakt ausgehend, bewegt sie sich peu à peu nach innen, wenn auch mit zunehmendem Alter des Materials immer langsamer. Dünn aufgetragener Mörtel ist daher wesentlich schneller durchcarbonatisiert als eine massive Betonwand, da durch die größere Fläche in kurzer Zeit mehr Kohlendioxid aufgenommen werden kann. 97,9 Prozent der ursprünglichen Emissionen werden während seiner Einsatzzeit wieder aufgesaugt. Beton dagegen schluckt laut der Studie nur rund 16 Prozent der bei seiner Herstellung frei gewordenen Kohlendioxidmenge. Insgesamt schätzen Fengming Xi, Steven Davis und Kollegen, dass in den letzten gut acht Jahrzehnten stolze 43 Prozent des beim Klinkerbrennen emittierten CO2 per Carbonatisierung wieder aus der Atmosphäre entfernt wurden.

          Eine Lücke in der Klimabilanz?

          Die Gesamtgröße dieser Kohlenstoffsenke sei relevant für den globalen Kreislauf, schreiben die Forscher in ihrem Artikel für „Nature Geoscience“. Künftige Klimabilanzierungen müssten deshalb präzisiert werden. Im Bericht des IPCC, dem Klimarat der Vereinten Nationen, würden zwar Methoden genannt, um die Kohlendioxidemissionen durch die Zementproduktion zu beziffern. Der umgekehrte Prozess der Kohlenstoffabsorption sei jedoch nicht berücksichtigt worden. Wäre dies so, dann würde das der neuen Veröffentlichung ein besonderes Gewicht verleihen – doch ist es tatsächlich der Fall?

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