Mehr Abfall im Zementgemisch

Die jährliche Zementproduktion weltweit wird auf knapp drei Milliarden Tonnen geschätzt. Die bei der Produktion des Endprodukts erzeugten Kohlenstoffdioxidemissionen sind relativ gering. Das massive Ausmaß der Produktion bedeutet jedoch, dass die Branche etwa 5 bis 8 % der weltweiten von Menschen verursachten Emissionen ausmacht.

Eine effektive Möglichkeit, die Nachhaltigkeit zu verbessern, besteht darin, sogenannten Portlandzement (aus Kalk und Sand) mit zusätzlichen Zementierungsmaterialien zu vermischen. Da das Angebot herkömmlicher zusätzlicher Zementierungsmaterialien wie Flugasche und Hochofenschlacke zurückgeht, müssen vor Ort zugängliche nachhaltige Alternativen gefunden werden. Damit diese Alternative schneller und effektiver gefunden wird, haben Wissenschaftler das EU-finanzierte Projekt "Analysis and modelling of the reactivity of pozzolans during cement hydration" (AMORPH) gestartet.

Forscher untersuchten die Auswirkungen verschiedener zusätzlicher Zementierungsmaterialien und von Lösungschemie auf Auflösung und Abscheidung im Nanomaßstab. Das Augenmerk lag auf nachhaltigeren Materialien einschließlich industrieller Nebenprodukte, Gesellschaftsabfall oder energiearmer Naturstoffe.

Die Wissenschaftler erstellten ein Modell der Auswirkungen der zusätzlichen Zementierungsmaterialien auf die Zusammensetzung und die Mikrostruktur des Zements und verglichen die Ergebnisse mit Versuchsbeobachtungen. Sie integrierten die Reaktionskinetik und Hydratationsergebnisse der Versuche in ein Modell zur Hydratation von Zementgemisch mit thermodynamischer Modellierung. Das Team entwickelte auch zahlreiche verbesserte Messtechniken und Laborprotokolle für die Bewertung der Reaktionsfähigkeit.

Neue Einblicke in die Reaktionsfähigkeit zusätzlicher Zementierungsmaterialien deuten darauf hin, dass die Ressourcen deutlich effizienter eingesetzt werden können, indem Synergieeffekte verschiedener zusätzlicher Zementierungsmaterialien genutzt werden, die die allgemeine Reaktion fördern. Dadurch wird weniger Portlandzement eingesetzt und Abfallströme werden besser verwendet, wodurch der Umwelteinfluss der Zementproduktion erheblich sinkt.

Durch die Modellierung und Laborprotokolle werden viele Versuche und Fehler vermieden, die derzeit mit der Auswahl der zusätzlichen Zementierungsmethoden und der Zementzusammensetzung verbunden sind. Mit den Projektergebnissen können Materialien vorhergesagt werden, die Zement als Material ersetzen könnten. Dies hilft der EU dabei, sich von der primären ressourcenintensiven Wirtschaft zu einer deutlich nachhaltigeren Wirtschaft zuzukehren, in der neue hochwertige Produkte durch Abfallströme erzeugt werden.