Forschung: Kalksandstein bindet Kohlendioxid

Versuchsreihe der Universität Kassel zur Carbonatisierung von Kalksandsteinen

Mindestens vierzig Prozent der CO2-Emissionen der Kalksandstein-Produktion werden während des gesamten Lebenszyklus des Baustoffes wieder gebunden. Zu diesem Ergebnis gelangten Studierende unter Leitung von Prof. Dr. Bernhard Middendorf am Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen an der Universität Kassel in zwei aktuellen Versuchsreihen.

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Doch was genau steckt hinter der CO2-Speicherfähigkeit, der sogenannten Carbonatisierung? Diese ist eine natürliche chemische Reaktion von zement- und kalkgebundenenen Baustoffen. Kalksandsteine verdanken ihre CO2-Speicherfähigkeit dem Bindemittel Brandkalk, der bei Temperaturen von tausend Grad Celsius aus natürlichem Kalk (Calciumkarbonat) gewonnen wird. Zur Herstellung von Kalksandsteinen werden Branntkalk und Sand im Verhältnis 1:12 gemischt und mit Wasser vermengt. Dabei löscht der Branntkalk zu Kalkhydrat ab. Das Kalkhydrat reagiert mit der gelösten Kieselsäure des Sandes zu Calciumsilikathydraten, sogenannten CSH-Phasen. Dringt das in der Umgebungsluft vorhandene Kohlenstoffdioxid während der Nutzungsdauer des Kalksandsteins in seinen Porenraum ein, reagiert es dort mit der Zeit mit Anteilen der CSH-Phasen zu Calciumkarbonat, also zu dem Ausgangsstoff des Kalkkreislaufs.

Aus den Versuchen ging hervor, dass Kalksandsteine während ihres Lebenszyklus rund vierzig Prozent des bei ihrer Herstellung entstehenden Kolhenstoffdioxids aus der Atmosphäre wieder aufnehmen können. Dies entspricht rund fünfzig Kilogramm CO2 pro Tonne, denn laut der aktuellen Umweltdeklaration (EPD) liegt der ökologische Fußabdruck des Baustoffs bei 125 Kilogramm CO2 pro Tonne. Nach fünfzig Jahren ist dieser Wert meist erreicht, sodass die Speichermenge mit fortschreitendem Alter nur noch marginal zunimmt. Anstriche und Putze verlangsamen die natürliche Carbonatisierung, verhindern sie aber nicht gänzlich. Hier kommt es auf die Dampfdichtigkeit der Beschichtung an. 

Zudem hat sich gezeigt, dass das aufgenommene CO2 chemisch in das kristalline Gefüge der Kalksandsteine eingebunden wird. Da es auch bei einem Abbruch eines Gebäudes und der weiteren Verwertung des Materials nicht austreten kann, handelt es um eine dauerhafte Speicherung. Auffällig ist, dass die Carbonatisierung bei zerkleinertem Kalksandstein-Recyclingmaterial schneller abläuft, was darauf zurückzuführen ist, dass eine größere Oberfläche die chemische Reaktion beschleunigt. Darüber hinaus stellten die Forschenden fest, dass sich die Festigkeit von Kalksandsteinen mit steigender CO2-Aufnahme erhöht.

Quelle: Bundesverband Kalksandsteinindustrie, Hannover

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