Beton und Baustoffe

Die Bauwirtschaft ist einer der größsten Treibhausgasproduzenten - allen voran

durch Zement. Dabei gibt es bereits Alternativen für die Zementherstellung.

Baustoffe

1. Beton

Beton bestehend aus Zement, Wasser, Sand und Kies und ist heute der Standard für Baustoffe. Abgesehen von Wasser wird keine andere Substanz auf der Erde so häufig genutzt wie Zement. Beton ist allerdings für das Klima ein großes Problem. Beim Herstellen von einer Tonne Zement entstehen rund 700 Kilogramm des Treibhausgases Kohlendioxid. Die Zement-Herstellung ist einer der emissionsintensivsten Industrieprozesse und führt zu 8 % der globa- len Treibhausgasemissionen. Zum hohen CO2-Ausstoß tragen vor allem zwei Prozesse bei: Zum einen die Beheizung des Drehrohrofens, in dem der Ze- mentklinker hergestellt wird, zum anderen der chemische Prozess bei der Entsäuerung von Kalkstein. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen möglichen Ausweg gefunden, indem sie einen alternativen Prozess für die Zementherstellung entwickelt haben. Bei dem Prozess sollen keine Treib- hausgase mehr freigesetzt werden und sogar nützliche Produkte entstehen. Das Ergebnis ihrer Forschungen haben sie in den "Proceedings" der US-Aka- demie der Wissenschaften ("PNAS") veröffentlicht.

2. F-Gase

Fluorierte Treibhausgase (F-Gase) werden hauptsächlich als Kältemittel in Kälte- und Klimaanlagen, Treibmittel in Schäumen und Dämmstoffen und als Feuerlöschmittel verwendet. Sie werden heute in ähnlicher Weise verwendet wie früher FCKW, die die stratosphärische Ozonschicht zerstören. F-Gase wirken sich je nach Substanz sehr stark auf das Klima aus, der Effekt ist 100- bis 24.000-mal höher als bei Kohlendioxid. Zu den fluorierten Treibhausgasen (F-Gasen) zählen die vollfluorierten Kohlenwasserstoffe (FKW), die teilfluorierten Kohlenwasserstoffe (HFKW), Schwefelhexafluorid (SF6) und Stickstofftrifluorid (NF3). F-Gase sind daher Teil des Kyoto-Protokolls und der Nachfolgeregelungen. Hauptursache für die starke Zunahme ist der vermehrte Einsatz von fluorier- ten Treibhausgasen als Kältemittel für Kühlschränke. Die Emissionen aus der Entsorgung von Schallschutzscheiben ist seit 2006 sichtbar, da die angenom- mene Lebenszeit dieser Scheiben erreicht wird. Um die Emissionen dieser Stoffe zu vermindern, ist es neben technischen Maßnahmen vor allem zielführend, die Stoffe gezielt zu ersetzen oder alter- native Technologien einzusetzen und diese zu verbieten. Die deutsche Umwelthilfe hat eine Liste mit Alternativen zu F-Gasen veröf- fentlicht.
Übersicht 1. Beton 2. F-Gase 3. Quellen
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Grundlagen zur

Klimakrise

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Abbildung: Schema für ein emissions- armes Zementwerk auf elektroche- mischer Basis. Ein elektrochemischer Dekarbonisierungsreaktor, der mit erneuerbarer Elektrizität betrieben wird, wandelt CaCO 3 zur Verwendung in der Zementsynthese in Ca(OH) 2 um. Die Dekarbonisierungszelle verwendet den durch Neutralwasserelektrolyse erzeug- ten pH-Gradienten, um CaCO 3 an der sauren Anode zu lösen und Ca(OH) 2 mit einem pH-Wert von ≥ 12,5 auszufällen. Gleichzeitig wird H2 an der Kathode und O 2 /CO 2 an der Anode erzeugt. Diese Gasströme können in einem nachhaltigen Produktionssystem verschiedene alternative Rollen spielen. CO 2 kann direkt aus dem inhärent konzentrierten Strom (CCS) gewonnen werden. Strom oder Wärme können aus H2 und O2 über Brennstoffzellen oder Brennkammern erzeugt werden. Der O 2 /CO2-Oxybrenn- stoff kann zur saubereren Verbrennung im Zementsinterzyklus in den Ofen zurückgeführt werden. Konzepte zur Wiederverwendung und Nutzung von CO 2 (CO 2 U) können angewendet werden, beispielsweise zur Verwendung in der EOR oder zur Herstellung flüssiger Brennstoffe. Quelle: PNAS, „Toward electrochemical synthesis of cement—An electrolyzer- based process for decarbonating CaCO3 while producing useful gas streams“
Quellen der Emissionen fluorierter Treibhausgase F-Gas Emissionen differenziert nach verschiedenen Anwendungen und Produktionen 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 Produktion von F-Gasen Metallproduktion Gewerbekälte Mobile Klimaanlagen  Sonstige Kälte- und Klimaanlagen Schaumherstellung Elektrische Betriebsmittel Schallschutzscheiben Autoreifen Sonstiger Verbrauch von F-Gasen 1990 1995 2000 2005 2018 2010 Tausend Tonnen Kohlendioxid-Äquivalente 2015 Schallschutzscheiben  Sonstige Kälte- und Klimaanlagen Mobile Klimaanlagen Gewerbekälte
Abbildung: Quellen der Emissionen fluorierter Treibhausgase. F-Gas Emissionen differenziert nach verschiedenen Anwendungen und Produktionen. Quelle: Umweltbundesamt, Emissionsdatenbank ZSE (Stand 03/2020)
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Abbildung: Schema für ein emissionsarmes Zementwerk auf elektro- chemischer Basis. Ein elektrochemischer Dekarbonisierungsreaktor, der mit erneuerbarer Elektrizität betrieben wird, wandelt CaCO 3 zur Ver- wendung in der Zementsynthese in Ca(OH) 2 um. Die Dekarbonisie- rungszelle verwendet den durch Neutralwasserelektrolyse erzeugten pH-Gradienten, um CaCO 3 an der sauren Anode zu lösen und Ca(OH) 2 mit einem pH-Wert von ≥ 12,5 auszufällen. Gleichzeitig wird H2 an der Kathode und O 2 /CO 2 an der Anode erzeugt. Diese Gasströme können in einem nachhaltigen Produktionssystem verschiedene alternative Rollen spielen. CO 2 kann direkt aus dem inhärent konzentrierten Strom (CCS) gewonnen werden. Strom oder Wärme können aus H2 und O2 über Brennstoffzellen oder Brennkammern erzeugt werden. Der O 2 /CO2- Oxybrenn-stoff kann zur saubereren Verbrennung im Zementsinter- zyklus in den Ofen zurückgeführt werden. Konzepte zur Wiederver- wendung und Nutzung von CO 2 (CO 2 U) können angewendet werden, beispielsweise zur Verwendung in der EOR oder zur Herstellung flüssiger Brennstoffe. Quelle: PNAS, „Toward electrochemical synthesis of cement—An electrolyzerbased process for decarbonating CaCO3 while producing useful gas streams“
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Abbildung: Quellen der Emissionen fluorierter Treibhausgase. F-Gas Emissionen differenziert nach verschiedenen Anwendungen und Produktionen. Quelle: Umweltbundesamt, Emissionsdatenbank ZSE (Stand 03/2020)
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