Von der Quelle zur Senke

Schweizer Unternehmen speichert Kohlendioxid in Beton

In vielen Ländern wird bereits daran gearbeitet, die CO2-Emissionen von Verkehr und Industrie zu reduzieren, auch in der Schweiz. Doch was passiert mit dem bereits ausgestoßenen Kohlendioxid? Das Team von Neustark aus Bern hat einen Weg gefunden, wie es wieder gebunden werden kann – und zwar in Beton. Das 2019 gegründete Unternehmen hat seine Wurzeln an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) und verfügt mittlerweile über ein Netzwerk von Abscheide- und Karbonatisierungsanlagen.

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Wohin mit dem Kohlendioxid?

Um die sogenannte „Erzeugung negativer Emissionen“ geht es bei DemoUpCARMA (kurz für Demonstration and Upscaling of Carbon dioxide Management solutions for a net-zero Switzerland). Bei dem von der ETH Zürich geleiteten Vorhaben arbeiten 24 Partner aus Industrie und Forschung zusammen, darunter neben Neustark auch das Paul Scherrer Institut (PSI) und die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa). Zwei Pilotprojekte stehen im Fokus: Einerseits experimentieren die Forscher*innen damit, CO2 von der Schweiz nach Island zu transportieren und dort in einem geologischen Reservoir zu speichern. Zum anderen wird die Speicherung des Gases in neuem und rezykliertem Beton geprüft – ein Pfad, den Neustark weiterverfolgte.

Die Entwickler*innen setzten bei der Karbonatisierung an: Das im Beton enthaltene Calciumhydroxid reagiert über viele Jahre hinweg mit Kohlendioxid aus der Luft. Dabei entsteht Kalkstein. Beton könnte also nach seiner Herstellung, bei der große Mengen des Gases ausgestoßen werden, dieses später wieder aufnehmen und binden – er wird zur sogenannten CO2-Senke. Mit welcher Geschwindigkeit dieser Prozess verläuft, ist allerdings von zahlreichen Faktoren abhängig. Neustark hat es geschafft, die CO2-Aufnahme kontrolliert zu beschleunigen. Bereits 2017 begann das Team mit der Entwicklung. 2022 konnte es das Verfahren im Rahmen von DemoUpCARMA erstmals im industriellen Maßstab anwenden.

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Mobile Karbonatisierungsfabrik

Neustark arbeitet mit Baustoffrecyclern und Betonherstellern zusammen, die Gesteinskörnungen und Betonschlämme produzieren. Das Kohlendioxid stammt nicht etwa aus dem Zementwerk, sondern wird bei Klär- und Biogasanlagen abgeschieden und direkt vor Ort verflüssigt. In dieser Form ist es transportfähig und zudem kompakter. Danach bringt ein mit Biogas betriebener Lastwagen das COin speziellen Behältern zu einem Recyclingwerk oder einer Abbruchstelle. Dort steht eine mobile Infrastruktur bereit, zu der spezielle Speichersilos und Verdampfer gehören, die das Kohlendioxid wieder in den gasförmigen Zustand bringen. 

Ebenfalls vor Ort befindet sich die sogenannte Mineralisierungsanlage, in der die Recycling-Gesteinskörnung kontinuierlich reinem CO2 ausgesetzt – im Fachjargon „geflutet“ oder „begast“ – wird. Dabei mineralisiert das Kohlendioxid zu Calciumcarbonat und bleibt so dauerhaft gespeichert. Lediglich Temperaturen von über 600 °C oder sehr starke Säuren könnten es lösen. Anschließend lässt sich die angereicherte Gesteinskörnung nach den üblichen Verfahren weiterverarbeiten, etwa zu Recyclingbeton (RC-Beton).

In einem DemoUpCARMA-Bericht heißt es, dass jede Tonne rezyklierter Gesteinskörnung rund 13 kg CO2 binden kann. Labortests der Empa zeigten zudem, dass der angereicherte Recyclingbeton – abhängig von der Aufbereitungsmethodik und Rezeptur – eine höhere Druckfestigkeit aufweist als Primärbeton. Dadurch könnten der Zementanteil und die mit ihm verbundenen Emissionen reduziert werden – laut Empa um 5 bis 7 %, laut Neustark sogar um bis zu 10 % bei gleicher Druckfestigkeit.

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CO2-Speicherung in der Praxis

Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt meldet, dass Praxisversuche die im Labor festgestellten Eigenschaften bestätigen. In der Schweiz, wo Recyclingbeton bereits einen Marktanteil von rund 15 % hat, war Neustark etwa am Bau eines großen Wohnblocks in Bern beteiligt. Auch bei einem Neubau für die Niederländischen Zentralbank arbeitet das Unternehmen mit. In Deutschland wird der karbonatisierte Beton erstmals in Berlin eingesetzt, beim Bau von 1.000 Wohnungen auf dem Areal Friedenauer Höhe sowie bei der Neugestaltung von Außenanlagen im Kosmosviertel.

Die Praxis zeigt, dass sich der Baustoff für Hoch- und Tiefbau eignet. Einige Fragen sind dennoch offen, etwa wie sich das Verfahren in großem Maßstab in Betonwerken umsetzen lässt. Außerdem muss beobachtet werden, wie sich die Karbonatisierung der Recycling-Granulate über die kommenden Jahrzehnte hinweg auswirkt. Neustark arbeitet aktuell an der Skalierung. Derweil führt das Paul Scherrer Institut Lebenszyklus-Analysen durch und eine Bilanzierung der ökologischen Vorteile und negativen Auswirkungen der CO2-Speicherung im Beton. -ml

Fachwissen zum Thema

Dem hohen CO2-Ausstoß bei der Produktion des Bindemittels Zement steht die lange Haltbarkeit von Betonkonstruktionen gegenüber (Bild: Zementwerk in Berlin).

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Herstellung

Betonherstellung und Klimaschutz

Die Reduktion des Klinkerfaktors und die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid sollen dazu beitragen, den CO2-Ausstoß bei der Zementherstellung zu senken.

In der Beton- und Zementindustrie wird damit begonnen, Kohlendioxid mit Anlagen wie diesen abzuscheiden, zu komprimieren und abzutransportieren.

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Herstellung

Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS)

Kohlendioxid aus der Beton- und Zementherstellung soll gar nicht erst in die Atmosphäre gelangen, sondern weiterverwendet oder eingelagert werden.

Die Verwendung von erneuerbaren statt fossilen Energieträgern trägt zu einer Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen bei.

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Klimaschutz

Dekarbonisierung

In der Baubranche lassen sich auf verschiedenen Wegen CO₂-Emissionen reduzieren. Dabei spielt auch der architektonische Entwurf eine entscheidende Rolle.

Bei der Zementherstellung wird viel thermische Energie benötigt, zum Beispiel um den Kalk zu Klinker zu brennen.

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Herstellung

Energie in der Zementherstellung

Große Mengen thermischer und elektrischer Energie werden benötigt, um Kalk zu Klinker zu brennen und daraus Zement herzustellen.

Tipps zum Thema

Das Planungsbüro Losinger Marazzi und das Unternehmen Neustark arbeiteten zusammen beim Einsatz von Kohlendioxid-angereichertem Beton in einem Baseler Wohnkomplex.

News

Wohnen im Kohlendioxid-Speicher

Ein Wohnkomplex auf dem früheren Areal des Tramdepots Burgernziel in Bern gilt als Pilotprojekt für die CO2-Speicherung in Recyclingbeton.

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Blicke unter die Betondeckungneu

Kartierung der Instandsetzungsflächen an der Westfassade (links) und an der Südfassade (rechts) des Beckerturms der Becker-Brauerei in St. Ingbert

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Wie verhalten sich Instandsetzungen im Laufe der Zeit? Dieser Frage gingen Forschende der Hochschule RheinMain nach.

Erst digitalisieren, dann wiederverwendenneu

Es beginnt mit einem 3D-Scan: Das Forschungsprojekt Fertigteil 2.0 diente dazu, eine real-digitale Prozesskette zur Wiederverwendung zu entwickeln.

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Im Forschungsprojekt Fertigteil 2.0 wurde eine Prozesskette entwickelt, um aus Bestandsgebäuden einheitliche Betonfertigteile herzustellen.

3D-gedruckte Hohlräume

Deckenelemente, die sich dank 3D-Druck mit deutlich weniger Beton verwirklichen lassen, waren Gegenstand des  Forschungsprojekts Coebro – Additive Fabrication of Concrete Elements by Robots der TU Graz.

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Deckenelemente, die sich dank 3D-Druck mit deutlich weniger Beton verwirklichen lassen, sind Gegenstand des  Forschungsprojekts zur additiven Fertigung von Aussparungskörpern der TU Graz.

Asche zu Beton

Wasser, Gesteinskörnung, Zement und Müllverbrennungsreststoff (schwarz): Aus diesen Grundzutaten könnte eine neue Art von Recyclingbeton entstehen.

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Aufbereitete Müllverbrennungsaschen könnten in Zukunft als Körnungen in Betonrezepturen einfließen. Das entsprechende Potenzial untersucht das Forschungsprojekt Ashcon.

Auf dem Weg zum Weltraumbeton

ESA-Astronaut Alexander Gerst bei der Durchführung der MICS-Experimente auf der ISS.

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Auf der ISS wurde die Aushärtung von Zement in Schwerelosigkeit untersucht. Ziel ist die Entwicklung eines Betons für Mond und Mars.

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Einachsig und mehrachsig gradierte Betonwürfel

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Die Baubranche trägt wesentlich zum weltweiten Energie- und Ressourcenverbrauch, zum Müllaufkommen und zur Erderwärmung bei. Um...

Bergbau und Beton

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Brücke aus 3-D-gedruckten Elementen

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3-D-gedruckte Elemente aus Faserbeton formen diese 26 Meter lange Brücke über ein Wasserbecken im Norden Shanghais.

Ein zweites Leben für Betonfertigteile

Im internationalen Forschungsprojekt ReCreate wird die Wiederverwendung von Betonfertigteilen theoretisch und praktisch durchgespielt.

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Experimentalbau aus Infraleichtbeton

Rezyklierte, leichte Blähglaskörnungen für Infraleichtbeton

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An der TU Kaiserslautern wurde 2014 ein Gebäude aus einem neu entwickelten Infraleichtbeton verwirklicht, bei dem die im Labor gewonnen Erkenntnisse durch die Übertragung auf Bauwerksverhältnisse überprüft wurden. 

Formsache

Das britische Forschungsprojekt Acorn (Automating Concrete Construction) beschäftigt sich mit der Möglichkeit, Beton durch automatisierte Herstellungsprozesse einzusparen.

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Ein britisches Forschungsteam nutzt automatisierte Herstellungsmethoden, um eine materialsparende Formgebung umzusetzen.

Forschung zu Beton 4.0

Die intelligente Aussteuerung der Betoneigenschaften im Mischungsprozess ist eines der Forschungsfelder des Instituts für Baustoffe an der Leibniz-Universität Hannover.

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Frostschutz nach Art der Natur

Eine Alternative für luftporenbildende Zusätze als Frostschutz für Beton untersuchte ein Forschungsteam der University of Colorado Boulder.

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Der natürliche Frostschutz, den Organismen der Arktis und Antarktis in sich tragen, war Vorbild für ein Polymermolekül, das die Eiskristallbildung in Betonbauteilen stark reduziert.

Gänzlich gedruckt

Das Forschungsprojekt Fast Complexity rückt eine neue ornamentale Üppigkeit zukünftiger Architektur in den Bereich des Möglichen.

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Ein Forschungsprojekt an der ETH Zürich zeigt, wie sich mithilfe digitaler Möglichkeiten Betonbauteile mit individueller Geometrie erzeugen lassen.

Gewebter Beton

In einem Workshop zum Forschungsprojekt Fluid Bodies in Versailles entstanden skulpturale Gebilde, die Alternativen zu konventionellen Formgebungsmethoden nachspüren.

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Incidental Space auf der Architekturbiennale

Die Rauminstallation „Incidental Space“ auf der Achitekturbiennale 2016 in Venedig

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Der Beitrag von Christian Kerez im Schweizer Pavillon auf der Architekturbiennale 2016 in Venedig spaltete die Gemüter. Während...

Lösender Angriff auf Beton

Zur Untersuchung wurden Betonprobekörper 15 Wochen in konzentrierter Essigsäure gelagert

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Dringen säurehaltige Flüssigkeiten in das Betongefüge ein, reagieren sie mit den Bestandteilen des Betons und lösen diese aus der...

Museumsreifes Tragwerk

Im Deutschen Museum in München spannt seit kurzem eine Carbonbetonbrücke von Wand zu Wand.

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Zwei hauchdünne Carbonbetonschichten, ausgesteift durch Infraleichtbeton: Eine im Deutschen Museum in München verwirklichte Brücke zeigt, welche Möglichkeiten hybride Betonbauteile bieten.

Ökobeton mit weniger Portlandzement

Beton unter dem Mikroskop

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Ortbetonteile im Kreislauf

Im Forschungsprojekt Abbau Aufbau wurden Planungshilfen für die Wiederverwendung von Ortbetonbauteilen entwickelt.

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Die Wiederverwendung von Ortbetonteilen ist ungleich komplexer als bei Fertigelementen. Sie zu erleichtern, war das Ziel eines Forschungsprojekts an der Universität der Künste in Berlin.

Recycling vor Ort

Ein Team um die Professorin Andrea Kustermann schuf einen 20 Quadratmeter großer Pavillon aus Recyclingbeton auf dem Gelände der Bayernkaserne.

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Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Hochschule München ist auf dem Gelände der Bayernkaserne ein Musterpavillon entstanden, für den ein Beton mit 100 Prozent rezyklierter Körnung verwendet wurde.

Rohstoffquelle und Materialbank

Für die neue Rathauserweiterung, die das Büro Heimspiel Architekten in Kooperation mit agn verwirklichte, wurde die abgetragene Substanz des Vorgängerbaus so gut wie möglich als Rohstoffquelle genutzt.

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Bei der Rathauserweiterung im hessischen Korbach diente der ungeliebte Vorgängerbau als Quelle für das benötigte Baumaterial. Der Prozess wurde wissenschaftlich begleitet.

Schlacke statt Kies

Im Projekt ASHCON arbeitet die TH Köln an einem Verfahren, um Müllverbrennungsaschen (MV-Aschen) für die Betonherstellung nutzbar zu machen. Dazu wurden Probekörper mit MV-Asche (links im Bild) hergestellt und mit Probekörpern, die nach einer Standardrezeptur gefertigt wurden (rechts im Bild), verglichen.

Im Projekt ASHCON arbeitet die TH Köln an einem Verfahren, um Müllverbrennungsaschen (MV-Aschen) für die Betonherstellung nutzbar zu machen. Dazu wurden Probekörper mit MV-Asche (links im Bild) hergestellt und mit Probekörpern, die nach einer Standardrezeptur gefertigt wurden (rechts im Bild), verglichen.

Durch ein spezielles Aufbereitungsverfahren werden aus Müllverbrennungsaschen Gesteinskörnungen.

Schritt für Schritt zum Recycling-Granulat

Am Rande von Weimar befindet sich das Recycling-Technikum des Instituts für Angewandte Bauforschung (IAB).

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Eine Recycling-Anlage in Weimar verarbeitet mineralische Rest- und Abfallstoffe zu Leichtgranulaten, etwa für die Beton- und Mörtelherstellung.

Selbstheilender Beton

Im Beton sind Kapseln mit Epoxidharz verbaut, die brechen, wenn ein Riss entsteht

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Risse lassen sich beim Bauen mit Stahlbeton kaum vermeiden. Problematisch werden diese Läsionen erst, wenn Wasser und Salze bis...

Textilbeton mit Flachs

Prototyp einer naturfaserverstärkten Betonbrücke auf der Bau 2019

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Unter Textilbeton versteht man für gewöhnlich einen Beton, der mit Geweben aus Carbon oder Glasfaser verstärkt ist. Ein...

Textilbeton-Leichtbauabsorber

Unterschiedlich große Öffnungen in der Abdeckung ermöglichen eine Steuerung der Schallabsorption

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Dass es auch Anwohner an Bahnstrecken oder Autobahnen in ihrem Zuhause möglichst ruhig haben wollen, ist verständlich. Dennoch...

Tragende Fertigteile aus Recyclingbeton

Vom Fertigteilwerk Beton-Betz wurden für ein Pilotprojekt tragende Fertigteile aus Recyclingbeton erstellt.

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Bei einem Pilotprojekt auf einem Autobahnrastplatz bei Thionville wird für eine Lärmschutzwand aus vorgefertigten Betonelementen zu 100 Prozent rezyklierte Körnung verwendet.

Ultraschall steigert Fließfähigkeit und Frühdruckfestigkeit

Durch die Anwendung von Ultraschall im Mischprozess könnten deutliche Stei­gerungen der Fließfähigkeit und der Frühdruckfestigkei­t des Betons erreicht.

Durch die Anwendung von Ultraschall im Mischprozess könnten deutliche Stei­gerungen der Fließfähigkeit und der Frühdruckfestigkei­t des Betons erreicht.

Das ultraschallgestützte Mischen von Beton könnte bei der Vorfertigung unter anderem den Einsatz von Zementen mit geringerem Klinkergehalt ermöglichen.

Unsichtbare Pflaster

Grundlage von BIRDS waren drei verschiedenfarbige Zemente, die mit Zusatzstoffen wie Flugasche, Pigment und Trassmehl kombiniert wurden.

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Forschende der Hochschule Rhein-Main haben ein Baukastensystem für die Instandsetzung von denkmalgeschützten Sichtbetonbauten entwickelt.

Verbundwerkstoffe aus dem Materiallabor

Mit Blingcrete lassen sich beispielsweise baulich integrierte Leitsysteme umsetzen

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Neue Werkstoffe haben in den letzten Jahren bislang ungeahnte Potenziale für das Baugewerbe und die Architektur eröffnet. Eines...

Von der Hauswand zur Brücke

An der Schweizer Hochschule EFPL in Lausanne hat ein Forschungsteam eine Fußgängerbrücke aus wiederverwendeten Betonblöcken entwickelt. Das Projekt trägt den Namen RE:CRETE.

An der Schweizer Hochschule EFPL in Lausanne hat ein Forschungsteam eine Fußgängerbrücke aus wiederverwendeten Betonblöcken entwickelt. Das Projekt trägt den Namen RE:CRETE.

Fügen statt Gießen: Forschende der Hochschule EFPL haben eine Fußgängerbrücke gebaut, die nicht frisch betoniert, sondern aus wiederverwendeten Betonblöcken zusammengesetzt wurde.

Von der Quelle zur Senke

Speichersilo (links) und Reihendoseur (rechts) gehören zum Equipment von Neustark, einem Unternehmen, das Recyclingbeton mit Kohlendioxid  anreichert.

Speichersilo (links) und Reihendoseur (rechts) gehören zum Equipment von Neustark, einem Unternehmen, das Recyclingbeton mit Kohlendioxid anreichert.

Ein Schweizer Unternehmen hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Kohlendioxid in Recycling-Gesteinskörnung speichern lässt.

Von der Sole zum Zement

Der Beitrag Wetland der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) zur 17. Architekturbiennale in Venedig wurde mit dem Goldenen Löwen ausgezeichnet.

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Der Beitrag „Wetland“ der Vereinigten Arabischen Emirate auf der 17. Architekturbiennale in Venedig spannt den Bogen von einer einzigartigen Landschaft hin zu einem alternativen Bindemittel für Zement.

Zement aus kalziniertem Ton

Für den Zement LC3 wird vor Ort vorhandene, geeignete Tonerde in einem Drehrohrofen gebrannt und zusammen mit gemahlenem Kalkstein in die Rezeptur eingebracht.

Für den Zement LC3 wird vor Ort vorhandene, geeignete Tonerde in einem Drehrohrofen gebrannt und zusammen mit gemahlenem Kalkstein in die Rezeptur eingebracht.

Tonerde und Kalkstein sind Hauptbestandteile eines Zements, bei dem der Klinkeranteil auf 50 % reduziert werden kann - was zu deutlich weniger CO2-Emissionen im Herstellungsprozess führt.

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