Die Beton- und Zementindustrie trägt in der BRD ca. 3 % und weltweit sogar bis zu 8 % der gesamten CO₂-Emissionen bei und ist damit ein wichtiger Faktor zur Erreichung der globalen Klimaziele. Im Rahmen des Projektes PhöMixBeton soll ein nachhaltiges Bindemittel für die Anwendung im Beton auf der Grundlage von Sekundärrohstoffen erarbeitet werden, mit dem eine Emissionsminderung von bis zu 80 % gegenüber Beton mit Portlandzement angestrebt wird.

 

 

 

Problemstellung

 

Die Erderwärmung und damit eines der größten globalen Probleme wird durch freigesetzte Klimagase wie Kohlenstoffdioxid (CO₂) verstärkt. Eine erhebliche Bedeutung hat dabei auch die Beton- und Zementindustrie. Gleichzeitig ist Beton aufgrund vieler vorteilhafter Eigenschaften der meistgenutzte Baustoff, weshalb vielfach nach Alternativen für das Bindemittel Zement gesucht wird. Vielversprechend sind alkalisch aktivierte Bindemittel (AAB), die sich aus einem Zementersatzstoff und einem alkalischen Aktivator zusammensetzen. Dabei sind aber nur diejenigen AAB ökologisch vorteilhaft, die mit geringen Aktivatormengen auskommen, wie z.B. Hüttensande, die jedoch bereits zu 100 % in CEM II-S und CEM III-Zementen verwertet werden. Sobald bestehende Prozessstrukturen z. B. im Rahmen der Substitution des Hochofenprozesses durch Wasserstoffreduktion zur Roheisengewinnung geändert werden, entfallen bzw. verändern sich auch die Koppelprodukte wie die Hüttensande.

 

 

Projektziele und Lösungsansatz

 

Ziel des Projektes ist, sekundäre Reststoffe hochwertig als Bindemittel nutzbar zu machen. Durch das breite Spektrum an möglichen Rohstoffen und der Möglichkeit diese gezielt zu konditionieren und somit brauchbar zu machen, wäre ein großer Schritt hin zum klimaneutralen Kontinent 2050 und zur zirkulären Wertschöpfung und Stoffverwertung der Europäischen Union getan. Eine Lösung wäre die Verwendung zusätzlicher, bisher ungenutzter sekundärer Reststoffe unterschiedlicher Industrieprozesse, oder Reststoffe aus dem Baugewerbe, welche nachhaltig, verfügbar und möglichst leicht aktivierbar sind. Als Beispiele sind metallurgische Schlacken und Müllverbrennungsaschen/-schlacken zu nennen. Der Anfall dieser Stoffströme ist innerhalb von Deutschland und Europa weit verbreitet und steht in größerer Menge zur Verfügung. Eine Herausforderung und gleichzeitig Chance ist jedoch die Vielzahl der Anlagen mit ihren variierenden Zusammensetzungen der Aschen und Schlacken. Zur Erreichung der Ziele ist das Projekt dreigeteilt: Im Themenfeld I – Glas werden die Schlacken und Müllverbrennungsaschen charakterisiert, Korrekturstoffe evaluiert und praktische Aspekte wie die Schmelz- und Granulierprozesse optimiert. Im zweiten Themenfeld, welches sich mit dem Einsatz als Bindemittel befasst werden die Aktivatoren abgestimmt und geeignete Bindemittelrezepturen entwickelt. Final soll im Themenfeld Beton ein Demonstrator hergestellt werden, um die Eignung des neuen Bindemittels zu belegen. Dazu werden detaillierte Vergleichskonzepte erarbeitet, um die Bindemittel- und Betonperformance zu erfassen. Projektübergreifend findet eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbetrachtung mittels Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing statt.

 

 

 Projektpartner

 

In diesem Projekt ist eine sehr enge Zusammenarbeit von Unternehmen unterschiedlicher Branchen erforderlich, die sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Rohstoffaufbereiter über den Erzeuger des synthetischen Glases bis hin zum Betonwerk als Hersteller des Endproduktes zieht. Das Projekt wird von Dr. Christoph Kemper von der Elektrowerk Weisweiler GmbH geleitet. Gemeinsam mit dem Projektpartner REMEX Mineralstoff GmbH stellen sie die Rohstoffe für das Projekt bereit und evaluieren die Prozessparameter zur Schlackenschmelze und Granulation. Die analytischen Arbeiten werden primär von den akademischen Partnern, das Institut für metallurgische Prozesstechnik der RWTH Aachen und das Fachgebiet Baustoffe und Bauchemie der TU Berlin durchgeführt. Das IME führt des Weiteren thermochemische Modellierungen der Eigenschaften der Schmelze durch und stellt die Gläser im Labormaßstab her. An der TUB werden ergänzend thermochemische Simulationen der Reaktionsprodukte durchgeführt und die Bindemittelrezepturen evaluiert. Mit dem Fertigbetonteilhersteller ASCEM/ BTE erfolgt final die Übertragung und Evaluation des neuen Bindemittels in die Praxis und gemeinsam mit der TUB werden die LCC/LCA Berechnungen durchgeführt.