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Lösungen für kohlenstoffarmen Beton

Jul 6, 2023

Ökodesign in der Praxis

Ecodesign in der Praxis ist eine Reihe von Lösungen für nachhaltiges Bauen, die in großem Maßstab angewendet werden können. Die Lösungen sind auch als Datenquellen in One Click LCA für Gebäude und Carbon Designer 3D integriert. Alle sechs Wochen veröffentlichen wir einen Artikel mit den entsprechenden Lösungen. Viel Spaß beim Lesen!

Lösungen für kohlenstoffarmen Beton

by | Jul 6, 2023 | Uncategorized

Dieser Artikel erklärt, was kohlenstoffarmer Beton ist, wie er hergestellt werden kann und wie dessen Zukunft in einer dekarbonisierten und kreislauforientierten Bauindustrie aussieht. Außerdem erfahren Sie, wie Sie als Planer den Ausstoß der gebundenen Emissionen von Beton beeinflussen können.
Beton ist das am meisten genutzte künstlich hergestellte Material der Welt. 2020 wurden 14 Milliarden m3 Beton produziert. Es handelt sich um ein wesentliches Baumaterial für Gebäude und Infrastrukturprojekte. Seine Beliebtheit beruht auf seiner Stärke, Haltbarkeit, Vielseitigkeit und den in den meisten Fällen relativ niedrigen Kosten. Beton bringt mit sich auch hohe gebundene CO2 -Emissionen, die durch die Herstellung von Zement, einem seiner Hauptbestandteile, verursacht werden. Dies ist auf den energieintensiven Produktionsprozess von Zement und die CO2 -Emissionen der chemischen Kalzinierung zurückzuführen. Je nach Bauzyklus ist Zement für ca. 8 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Eine weitere Herausforderung beim Einsatz von Beton ist die Wiederverwendbarkeit. Heutzutage wird praktisch der gesamte Beton am Ende der Lebensdauer des Gebäudes zu Zuschlagstoffen zerkleinert. Aufgrund des sehr hohen eingesetzten Volumens, gibt es kein Material, das die Verwendung von Beton ersetzen kann. Obwohl alternative Baumaterialien eine wertvolle Rolle bei der Dekarbonisierung der Bauindustrie spielen, ist ihre Skalierbarkeit nicht ausreichend, um Beton zu ersetzen. Es gibt jedoch andere Materialien, die dazu beitragen, die Innovation in der Betonbranche voranzutreiben, um dessen Umweltauswirkung zu verbessern.

Eine Kurzanleitung für Planungsteams und Bauunternehmer

Eine Checkliste zur Reduzierung der gebundenen CO2-Emissionen beim Bauen mit Beton
  1. Minimieren Sie die Betonmenge durch eine entsprechende Planung. Optimieren Sie strukturelle Netze und verwenden Sie materialsparende Lösungen wie Hohlkörperplatten.
  2. Stellen Sie sicher, dass die Anpassungsfähigkeit des Gebäudes nicht durch die oben genannten Punkte beeinträchtigt wird.
  3. Minimieren Sie den Gesamtverbrauch von Klinker in Ihrem Projekt, indem Sie alternative Bindemittel verwenden. Dies senkt auch die Kosten.
  4. Überzeugen Sie den Bauträger/Investor von der Notwendigkeit, kohlenstoffarme Betonlösungen in das Projekt zu integrieren. (Zum Beispiel traditionelle Ersatzlösungen für die Struktur, neue Lösungen für die Pflasterung usw.)
  5. Berücksichtigen Sie bei der Planung der Bauarbeiten die Aushärtungszeiten, um nach Möglichkeit eine längere Zeitspanne für die Festigkeitsprüfung einzuplanen.
  6. Stellen Sie eine Spezifikation für kohlenstoffarmen Beton als Voraussetzung für den Kauf auf.
  7. Fragen Sie Ihre Lieferanten nach kohlenstoffarmen Lösungen.
  8. Wählen Sie kohlenstoffarme Bewehrungsstäbe, Fasern oder alternative Bewehrungslösungen.
  9. Fordern Sie von den Lieferanten an, dass sie ihre kohlenstoffarmen Lösungen mit EPDs belegen.
  10. Berücksichtigen Sie transportbedingte Auswirkungen bei Ihren Kaufentscheidungen.

Warum ist Beton so kohlenstoffintensiv?

Beton besteht aus Zement, Wasser, Sand, Zuschlagstoffen und in einigen Fällen chemischen Zusatzmitteln zur besseren Verarbeitbarkeit. Der größte Teil der CO2-Emissionen von Beton entsteht durch Zement. Zement besteht wiederum aus Klinker (dem traditionellen Portlandzement) und anderen Materialien. Klinker wird durch Erhitzen von zerkleinertem Kalkstein, Lehm und anderen Materialien bei Temperaturen von bis zu 1400 Grad Celsius hergestellt. Diese Temperatur kann nur mit Brennstoffen mit hohem Energiegehalt erreicht werden, so dass der Großteil der Produktion auf fossilen Brennstoffen beruht. Bei diesen Temperaturen wird Kalkstein (CaCO3) in Kalk (CaO) und CO2 zersetzt. Das dabei entstehende Prozesskohlendioxid wird als Kalzinierungskohlenstoff bezeichnet. Der Kalzinierungsprozess selbst ist notwendig, damit der Klinker als Bindemittel fungieren kann. Daher ist es nicht möglich, ihn zu vermeiden. In den meisten Fällen wird der Klinker mit anderen Materialien gemischt, um die gewünschten Eigenschaften des Zements zu erreichen. Beton wird oft in monolithischen Strukturen oder als Ortbeton verwendet, so dass er nach dem Ende der Lebensdauer eines Gebäudes nicht einfach wiederverwendet werden kann. Das kreislauffähigste End-of-Life Szenario ist die Zerkleinerung des Betons zu Zuschlagstoffen. Das bedeutet, dass für künftige Gebäude neuer Beton benötigt wird, mit allen damit verbundenen zusätzlichen CO2 -Emissionen.

Abbildung 1: Die typische Zusammensetzung von herkömmlichem Beton

Abbildung 2: Der Zementherstellungsprozess: Zylinder-Kalkofen

Was ist kohlenstoffarmer Beton?

Es gibt keine allgemein gültige Definition für kohlenstoffarmen Beton. Was in der Bauindustrie gemeinhin als kohlenstoffarmer Beton angesehen wird, ist eine Betonmischung, die im Vergleich zu einer durchschnittlichen Betonmischung einen geringeren gebundenen Kohlenstoffgehalt aufweist. In den meisten Regionen gibt es jedoch keine vereinbarte Bezugsgröße und keinen vereinbarten Prozentsatz der Reduzierung des enthaltenen Kohlenstoffs, damit die Betonmischung als kohlenstoffarm eingestuft werden kann. Zu den lokalen Versuchen, dies zu erreichen, gehören der Concrete Sustainability Council (Deutschland), der Lavkarbonbetong-Standard (Norwegen) und der britische Low Carbon Concrete Code. Dies führt dazu, dass der Begriff in allen Fällen verwendet wird, in denen Beton einen geringeren gebundenen Kohlenstoff aufweist als eine typische Portlandzementmischung, selbst wenn die Reduzierung minimal und manchmal sogar nur nominal ist. In den meisten Fällen erfolgt die Verringerung des gebundenen Kohlenstoffs durch den Ersatz von Zement durch traditionellere alternative Bindemittel wie Flugasche, gemahlene Hochofenschlacke (GGBS), kalzinierte Tonerden und in einigen wenigen Fällen natürliche Puzzolane sowie durch innovative neue Lösungen. Diese Liste ist nicht erschöpfend; es gibt viele andere Lösungen. Das Problem bei den meisten kohlenstoffarmen Betonen, die heute hergestellt werden, ist, dass Klinker (der Hauptbestandteil von Zement) durch Sekundärstoffe aus fossilen Brennstoffen ersetzt wird. Dies ist zwar ein nützlicher Übergangsmechanismus, kann aber nicht skaliert werden, wenn die Stromerzeugung und andere Industrien dekarbonisiert werden.

Die Reduzierung von Zementklinker verringert den im Beton gebundenen Kohlenstoff

Beton wird für Fundamente, Platten und den strukturellen Rahmen der meisten Gebäude auf der ganzen Welt verwendet. Da der größte Teil des gebundenen Kohlenstoffs von Beton aus der Zementherstellung stammt, liegt der Schlüssel zu dessen Verringerung darin, die Gesamtmenge des verwendeten Zements zu reduzieren. Dies kann durch folgende Maßnahmen erzielt werden:
  • Vermeidung der Überdimensionierung von Strukturelementen. Dadurch wird die Menge des verwendeten Betons und Zements reduziert.
  • Rationalisierung der Nutzlasten und entsprechende Berücksichtigung bei der Planung. Nutzlasten werden oft überschätzt. Diese Überschätzung kann durch eine detaillierte Bauplanung vermieden werden, ohne die zukünftige Anpassungsfähigkeit des Gebäudes zu beeinträchtigen.
  • Planung der Materialeffizienz durch die Optimierung der Spannweite des Tragwerksnetzes und durch die Verwendung von materialeffizienteren Betonelementen wie Hohlkörperplatten und Verbunddecken.
  • Vermeidung der Überspezifizierung der  Druckfestigkeit von Beton. Betonmischungen können für bestimmte Teile des Gebäudes optimiert werden; es besteht keine Notwendigkeit, überall die gleiche Standardstärke zu verwenden.
  • Vermeidung der Überspezifizierung der Druckfestigkeit von Beton in den ersten Tagen nach dem Gießen (7, 14 und 28 Tage). Dies ermöglicht die Verwendung von Beton mit alternativen Bindemitteln, die in den meisten Fällen eine längere Aushärtungszeit haben.
  • Der Einsatz von alternativen Bindemitteln wie Flugasche, GGBS, kalzinierten Tonen usw..
  • Die Verwendung anderer innovativer Lösungen für Beton, die nicht unbedingt mit der Zementreduzierung zusammenhängen.
Ein wesentlicher Vorteil der Optimierung der Beton- und Zementklinkermenge ist die Einsparung von Kapitalkosten.

Bindemittelalternativen für Zement

Die am meisten verwendeten alternativen Bindemittel zu Zement sind:
  • Flugasche / Pulverisierte Brennstoffasche
  • Gemahlene granulierte Hochofenschlacke
  • Kalzinierte Tone
Obwohl einige von ihnen in der Bauindustrie weit verbreitet sind, hängt ihre Verfügbarkeit von Prozessen ab, die mit fossilen Brennstoffen zu tun haben, und es wird erwartet, dass sie in Zukunft begrenzt sein werden, wenn der Verbrauch fossiler Brennstoffe hoffentlich zurückgehen wird. Daher ist die Verwendung solcher Bindemittel heute wichtig, kann aber kein wesentlicher Bestandteil der kohlenstofffreien Zukunft von Beton sein. Obwohl die hier aufgelisteten Bindemittel die gebundenen CO2 -Emissionen von Beton reduzieren, werden sie von Bauunternehmern oft skeptisch betrachtet, da sie die Aushärtungsgeschwindigkeit des Betons beeinflussen. Das bedeutet, dass Betonmischungen mit solchen Bindemitteln im Vergleich zu herkömmlichen Portlandzementmischungen mehr Zeit benötigen, um eine bestimmte Festigkeit zu erreichen. Eine Betonmischung mit 50 % GGBS hat beispielsweise in den ersten 7 Tagen nach dem Gießen die halbe Festigkeit einer Portlandzementmischung, sollte aber innerhalb von 28 Tagen die gleiche Festigkeit erreichen. Die langsamere Aushärtungszeit kann die Bauarbeiten für jedes zusätzliche Stockwerk um ein paar Tage verzögern, was bei größeren Gebäuden zu erheblichen Verzögerungen und Kostenfolgen führen kann. Deswegen sollen Bauunternehmer die längere Aushärtungszeit von kohlenstoffarmem Beton nach Möglichkeit einplanen, um die Verzögerungen und die damit verbundenen Kostenfolgen zu minimieren.

Flugasche / Pulverisierte Brennstoffasche

Pulverisierte Brennstoffasche (PFA), auch bekannt als Flugasche, ist ein Nebenprodukt der Kohleverbrennung in Kraftwerken. Bei der Verbrennung von Kohle entsteht eine feine, pulverförmige Asche, die von den Abgasen fortgetragen wird. Diese Asche wird aufgefangen und als alternatives Bindemittel in Beton verwendet. PFA ersetzt in der Regel etwa 30% des Klinkers, kann aber auch zu höheren Anteilen verwendet werden. Wenn PFA dem Beton zugesetzt wird, reagiert dies mit den Hydratationsprodukten des Zements. Das Produkt dieser Reaktion führt zu dichterem und haltbarerem Beton. Beton mit PFA benötigt wie bei den meisten anderen alternativen Bindemitteln eine längere Aushärtungszeit.

Gemahlene granulierte Hochofenschlacke

Gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBS) ist ein Nebenprodukt der Stahlproduktion, näher betrachtet des Hochofenprozesses, bei dem Eisenerz geschmolzen wird, um Eisen zu erzeugen. GGBS kann als teilweiser Ersatz für Klinker im Beton verwendet werden. In der Regel werden bis zu 50% des Klinkers ersetzt, aber es können auch weitaus höhere Prozentsätze erreicht werden. Wie bei PFA ist der größte Nachteil die längere Aushärtungszeit, die für Beton mit GGBS-Bindemitteln erforderlich ist.

Kalzinierte Tonerden

Kalzinierter Ton ist eine Art von Puzzolan, das durch Erhitzen bestimmter Arten von Tonmineralien auf hohe Temperaturen (ca. 700-900 °C) hergestellt wird. Dieser Prozess wird als Kalzinierung bezeichnet. Dabei werden die Tonminerale einer chemischen Umwandlung unterzogen, die zur Bildung eines hochreaktiven amorphen Aluminosilikatmaterials führt, das mit Kalziumhydroxid, einem Produkt der Zementhydratation, in Gegenwart von Wasser reagieren kann, um weitere zementartige Verbindungen zu bilden. Tone, die sich für kalzinierten Ton eignen, haben einen hohen Gehalt an Tonerde und Kieselsäure. Eine solche Tonart ist Kaolin, das auch unter dem Namen Porzellanerde bekannt ist.

Andere Bindemittel

Andere alternative Bindemittel, die allerdings nicht so häufig verwendet werden, sind Reishülsenasche und Gips. Reishülsenasche ist ein Nebenprodukt der Reisproduktion. Wenn die Reishülsen vom Reis entfernt werden, werden sie verbrannt. Die dabei entstehende Asche ist als Reishülsenasche bekannt und hat einen hohen Gehalt an Siliziumdioxid, das bei der Reaktion mit Kohlendioxid, einem Produkt der Zementhydratation, zusätzliche zementhaltige Verbindungen erzeugt. Ein wichtiger Vorteil von Reishülsenasche ist, dass es sich um eine erneuerbare Ressource handelt.

Andere Lösungen

Geht es bei kohlenstoffarmem Beton also nur um alternative Bindemittel zu Zement? Nein, es gibt noch andere kohlenstoffarme Betontechnologien, von denen einige bereits kommerziell verfügbar sind und in großem Umfang eingesetzt werden.

Technologien zur Kohlenstoffabscheidung

Eine wesentliche Ursache für die CO2 -Emissionen von Beton ist der Kalzinierungsprozess bei der Herstellung von Zement. Selbst wenn die Hauptenergie, die für die Herstellung und den Transport von Beton verwendet wird, kohlenstofffrei wäre, würden die mit der Kalzinierung verbundenen Emissionen gleich bleiben. Aus diesem Grund baut Heidelberg Materials derzeit die weltweit erste Anlage zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid in einer Zementproduktionsanlage in Brevik, Norwegen, und plant, dies auch im Werk Slite in Schweden zu tun.

Injektion von Kohlendioxid

Diese Technologien zielen darauf ab, abgeschiedenes CO2 zu nutzen, indem es in flüssiger Form in Beton injiziert wird. Das CO2 reagiert dann mit Zement und Wasser, um weitere zementhaltige Verbindungen zu erzeugen. Solche Technologien gibt es bereits auf dem Markt, und sie können in bestehenden Betonwerken eingesetzt werden. CarbonCure, ein kanadisches Unternehmen, und Carbonaide, ein finnisches Unternehmen, entwickeln Technologien, die in bestehenden Transportbeton- bzw. Fertigbetonwerken eingesetzt werden können. CarbonBuilt hat eine ähnliche Technologie für die Herstellung von Betonblöcken mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt entwickelt. Die Technologie kann in jedes bestehende Betonblockwerk integriert werden und reduziert den in den Blöcken gebundenen CO2 , indem der Zement durch ein anderes alternatives Material ersetzt wird, das während des Aushärtungsprozesses mit injiziertem CO2  zu CaCO3 (Kalkstein) reagiert. Die erste kommerzielle Produktion von Betonblöcken mit dieser Technologie wurde von Blair Block in Alabama, USA, im Jahr 2022 aufgenommen.

Biotechnologie

Es wird auch erforscht, wie kohlenstoffarmer Beton durch den Einsatz von Biotechnologie erreicht werden kann. Prometheus Materials in den USA hat eine Betonmischung entwickelt, die Algen als Ersatz für Portlandzement verwendet. Ihre Lösung wurde in Pilotprojekten eingesetzt, und es wird an deren vollständigen Kommerzialisierung gearbeitet. Biozeroc, ein Startup-Unternehmen in Großbritannien, stellt mit Hilfe von Bakterien kohlenstoffarmen Beton her. Ihr Verfahren nutzt Bakterien, um Zuschlagstoffe und Sand zu einem Material zu verbinden, das genauso leistungsfähig wie herkömmlicher Beton ist. Dieser BioConcrete-Produktionsprozess verursacht mindestens 85% weniger CO2-Emissionen und hat das Potenzial, kohlenstoffnegativ zu werden, sobald die Abfallstoffe in die Ausgangsstoffe der Bakterien integriert werden.

Lösungen auf Pflanzenbasis

Zu den pflanzenbasierten Lösungen gehören Materialien, die in vielen Fällen eine Mischung aus Kalk, Sand, Ton und Pflanzenfasern sind. Ein solches Material ist Hanfbeton, der aus Kalk, Sand und Hanffasern hergestellt wird. Solche Materialien können für Ortbeton, Spritzbeton und Mauerwerk verwendet werden. Obwohl diese Betonalternativen biobasiert sind und einen sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen, können sie den herkömmlichen Beton nur bei kleinen Gebäuden und nicht-tragenden Anwendungen ersetzen.
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Wie kann Beton zirkulärer werden?

Der überwiegende Teil der gebundenen CO2 -Emissionen von Beton ist auf die Produktionsphase (A1-A3) zurückzuführen. Selbst wenn alternative Bindemittel verwendet werden, hat diese Phase eine erhebliche Auswirkung, was die Emissionen angeht. Eine gute Möglichkeit, diese Auswirkungen in der Zukunft zu reduzieren, besteht darin, den Bedarf an neuem Beton zu verringern. Da die Nachfrage nach Beton in den nächsten Jahrzehnten aber voraussichtlich nicht sinken wird, besteht die einzige Möglichkeit, dies zu erreichen, darin, Beton in Elementen zu verwenden, die künftig wiederverwendet werden können. Das wahrscheinlichste End-of-Life Szenario von Beton ist die Zerkleinerung zu Zuschlagstoffen. Diese Elemente können jedoch nicht unbegrenzt oder in großen Mengen in Bauelementen wiederverwendet werden, da die monolithische Struktur von Ortbeton eine Demontage und Wiederverwendung nicht ermöglicht. Vorgefertigte Betonelemente können, wenn sie richtig konstruiert sind, in Zukunft demontiert und wiederverwendet werden. Der Schlüssel zur Wiederverwendung von Bauelementen wie Betonsäulen, -trägern und -platten liegt in der sorgfältigen Planung und reversiblen Ausführung der Verbindungen. 3XN Architects sind für ihre Forschung im Bereich kohlenstoffarmer und zirkulärer Materialien bekannt . In ihrem Bericht Building a Circular Future schlagen sie u. a. reversible Verbindungen für Elemente aus Beton vor.

Die Rolle des Spezifizierers bei kohlenstoffarmem Beton

Die Spezifikationen für Beton basieren auf nationalen Normen, in denen die Betongüte und der Wasserzementwert für die jeweiligen Klima- und Expositionszonen festgelegt sind. Bauingenieure können über die nationalen Normen hinausgehen und leistungsbezogene Anforderungen für Betonmischungen festlegen. Eine leistungsbezogene Spezifikation definiert die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit, z. B. die Beständigkeit gegenüber der Karbonatisierung, das maximal zulässige Schwinden des Betons, die Druckfestigkeit, wenn der Beton vollständig ausgehärtet ist, und die minimale Frühdruckfestigkeit in einem bestimmten Zeitraum, der für die Fortführung der Bauarbeiten erforderlich ist. Die Frühdruckfestigkeit sollte idealerweise in längeren Zeiträumen geprüft werden als dies bei Portlandzementmischungen üblich ist, um die Verwendung alternativer Bindemittel zu ermöglichen. Für die wie oben spezifizierte Betongüte kann ein Höchstwert für den gebundenen Kohlenstoff festgelegt werden. Die Grenzwerte dafür sollten sich an der lokalen Verfügbarkeit orientieren und auch die mit der Betonproduktion verbundenen Auswirkungen, den Transport zur Baustelle und den Baustellenabfall berücksichtigen.

Die Rolle des Bauunternehmers bei kohlenstoffarmem Beton

Bauunternehmer sollten sich bemühen, kohlenstoffarmen Beton gemäß dessen Spezifikation zu beschaffen. Wenn die Spezifikation nicht leistungsabhängig ist, sollten sie Beton von Herstellern beschaffen, die für die gewünschte Betongüte einen niedrigen CO2-Gehalt nachweisen können, indem sie EPDs verwenden und vergleichen, sofern diese verfügbar sind. Wo EPDs nicht verfügbar sind, sollten Betonmischungen mit maximierter Nutzung von alternativen Bindemitteln bevorzugt werden. Es sollte Druck auf lokale Anbieter ausgeübt werden, damit sie ihre kohlenstoffarmen Betonmischungen mit EPDs dokumentieren. Während der Bauphase kann durch die Minimierung des Betonabfalls auf der Baustelle oder die Verwendung von Betonfertigteilen (wo möglich) eine beträchtliche Reduzierung des gebundenen Kohlenstoffs erreicht werden.

Vergleich von Betonmischungen und Modellierung von kohlenstoffarmem Beton in One Click LCA

Die One Click LCA-Datenbank enthält Zehntausende von Datenpunkten für Transportbeton, von denen etwa 6500 generische Datenpunkte sind, die typische Produktionsprozesse für verschiedene Betonsorten darstellen. Viele dieser generischen Datenpunkte stammen aus durchschnittlichen EPDs der Industrie, wie z. B. denen erstellt von NRMCA in den USA und Kanada. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer allgemeiner Datenpunkte, die aus den Datenbanken der europäischen Behörden stammen. Und schließlich stellt One Click LCA auch eigene generische Datenpunkte für verschiedene Arten von Transportbeton weltweit zur Verfügung. Die nachstehende Liste fasst die generischen Datenpunkte für Transportbeton zusammen, die in der One Click LCA-Datenbank verfügbar sind. Diese helfen Ihnen bei der Modellierung des gebundenen Kohlenstoffs in frühen Projektphasen sowie wenn eine werksspezifische EPD nicht verfügbar ist:
  1. Branchendurchschnittliche EPDs von Herstellerverbänden (z. B. NRMCA)
  2. Generische One Click LCA-Datenpunkte für Portlandzementmischungen und Betongüten von C12/15 (1700/2200 PSI) bis C60/75 (8700/10900 PSI)
  3. Generische One Click LCA-Datenpunkte für Betongüten wie die obigen, bei denen der Zement zu 10 % bis 50 % durch PFA ersetzt wurde.
  4. Generische One Click LCA-Datenpunkte für Betongüten wie die obigen, bei denen der Zement zu 10 % bis 75 % durch GGBS ersetzt wurde.
Sie können auch Ihre eigene Betonspezifikation unter Verwendung der folgenden Datensätze erstellen:
  1. Portlandzement
  2. Gemahlene granulierte Hochofenschlacke
  3. Pulverisierte Flugasche
  4. Silikatrauch
  5. Metakaolin
  6. Standardisierte Zementsorten wie CEM I, CEM II, CEM III und CEM IV
  7. Unbehandelte und recycelte Betonzuschläge in verschiedenen Dichten
Für Lösungen auf Hanfbetonbasis können Sie die generischen One Click LCA-Datenpunkte für Hanfbeton, Spritzbeton mit Hanfbeton und Hanfbeton-Mauersteine verwenden. Die One Click LCA-Datenbank wird kontinuierlich um weitere generische Datenpunkte erweitert, um Betonmischungen mit alternativen Bindemitteln in verschiedenen Prozentsätzen abzudecken. Wenn für Sie eine Betonmischung in Frage kommt, für die es keine angelegten Datenpunkte gibt, können Sie Ihre eigene Betonmischung modellieren, indem Sie die oben aufgeführten Datenpunkte für Portlandzement, andere Zementarten, alternative Bindemittel, Sand und Zuschlagstoffe verwenden. Mit One Click LCA können Sie diese alternativen Betonmischungen als private Datensätze speichern, sie in Ihrer Bibliothek ablegen und in Ihren Gebäude-Ökobilanzen in der Zukunft wiederverwenden.
In diesen Artikeln erfahren Sie mehr darüber, wie Sie private Datensätze und private Bauten mit One Click LCA erstellen können.

Vergleich verschiedener Betonmischungen

Eine schnelle und einfache Möglichkeit, verschiedene Betonmischungen mit One Click LCA zu vergleichen, besteht darin, die gewünschten Datenpunkte zur Funktion „Daten vergleichen“ hinzuzufügen. Dadurch wird automatisch ein Diagramm erstellt, das die CO2 -Emissionen pro Lebenszyklusphase für jede der verglichenen Mischungen für die gewünschte funktionale Einheit zeigt. Die Funktion ist sowohl für generische Datenpunkte als auch für herstellerspezifische EPDs verfügbar und kann für jeden Materialtyp verwendet werden.
Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie die fortgeschrittene Materialvergleichsfunktion verwenden können.

Nachhaltige Bewehrung

Beton wird in der Regel zusammen mit einer Stahlbewehrung verwendet (insbesondere in Gebäuden). Die Bewehrung ist notwendig, damit die Betonelemente Zugkräfte aufnehmen können, die aufgrund der geringen Zugfestigkeit des Betons sonst nicht möglich wären. Je nach Region, Bewehrungsgrad und Recyclinganteil des Bewehrungsstahls kann die Bewehrung für bis zu 50 % der gebundenen CO2 -Emissionen des Betons verantwortlich sein. (100%ige Portlandzementmischung mit 60% recycelten Bewehrungsstäben und 200 kg/m3 Bewehrungsanteil). Um die Auswirkungen der Bewehrung im Beton zu reduzieren, gibt es verschiedene alternative Bewehrungsarten, die verwendet werden können. Keine von ihnen kann so vielseitig sein wie die traditionellen Stahlbewehrungsstäbe, aber in vielen Fällen kann die Verwendung einer der folgenden Alternativen zu erheblichen Einsparungen an gebundenen CO2 -Emissionen führen. Die alternativen Bewehrungen lassen sich wie folgt unterteilen: 
  • organische Faser wie Hanffaser, 
  • Stahlfaser, die in verschiedenen Anwendungen wie Industrieböden weit verbreitet sind und 
  • andere Mineralfaser oder Stäbe, beispielsweise aus Glas und Basalt.
Die folgenden generischen Datenpunkte für alternative Bewehrungen finden Sie in der One Click LCA-Datenbank, zusätzlich zu den verschiedenen EPDs, die von den Herstellern entwickelt wurden.
  1. Bikomponenten-Polyesterfasern, zu 100 % recyceltes Material
  2. Hanffasern, Stroh und Schäben
  3. Basaltfasern
  4. Stahlfasern für die Betonbewehrung, recycelter Anteil 0% und 100%
  5. Glasfaser für Betonbewehrung
  6. Polypropylenfasern für die Betonbewehrung, mit einem Anteil von 0 % – 100 % an recyceltem Material
  7. Flachsfaser
  8. Jutefaser
  9. Kenaffaser
  10. Basaltfaser für die Betonbewehrung

Wie Sie eine kohlenstoffärmere Betonmischung in Ihrer Region finden

Wenn Sie bereit sind, den genauen Hersteller zu bestimmen, von dem der Beton bezogen werden soll – in der Regel in der Phase der detaillierten Planung oder in der Bauphase – wie finden Sie dann Betonmischungen und Hersteller mit geringerer Umweltbelastung? Mit der One Click LCA-Funktion „Green Material Benchmark“ können Sie alle werksspezifischen Mischungen ermitteln, die einen geringeren Gesamtkohlenstoffgehalt aufweisen als die von Ihnen bereits ausgewählte. Die Funktion ist entweder direkt in der Materialabfrage über die Datenkarte eines Materials verfügbar oder über die Ergebnisseite, auf der Sie One Click LCA auffordern können, eine Liste nachhaltigerer Alternativen zu den von Ihnen ausgewählten Materialien zu erstellen.
Erfahren Sie mehr über die Benchmarks für grüne Materialien.

Wer kann kohlenstoffarme Betonlösungen anbieten?

Viele Hersteller produzieren bereits kohlenstoffarmen Transportbeton und Betonfertigteile oder Zement. Alle Hersteller, die EPDs für ihre Betonmischungen oder Zementprodukte erstellt haben, können in One Click LCA gefunden und verglichen werden. Nachfolgend sind nur einige von ihnen als Referenz aufgeführt.

Europe

North America

  • Mexico: Forzac Concretos
  • California, USA: Graniterock
  • Washington, USA: CalPortland
  • Massachusetts, USA: Boston Sand & Gravel
  • Canada: Lehigh Hanson

Middle East and North Africa

Wie sieht die Zukunft von kohlenstoffarmem Beton aus?

Beton mit niedrigem oder niedrigerem Kohlenstoffgehalt wird derzeit hauptsächlich durch den Ersatz von Zement durch alternative Bindemittel wie GGBS, PFA und Silikarauch hergestellt. Da die Bauindustrie dringend so schnell wie möglich dekarbonisiert werden muss, steigt die Nachfrage nach solchen alternativen Bindemitteln kontinuierlich und wird in Zukunft weiter zunehmen. Gleichzeitig wird das Angebot an einigen Bindemitteln aufgrund der geringeren Nachfrage nach dem Primärprodukt (z. B. Kohleverstromung) zurückgehen. Ein Beispiel dafür ist Flugasche, die ein Nebenprodukt der Kohleverbrennung ist. Die gebundenen CO2 -Emissionen von Beton müssen noch mehr senken als dies heute mit Bindemitteln wie GGBS und PFA erreicht wird. Deswegen muss dieses Material mit neuen innovativen Herstellungsverfahren und Bindemitteln produziert werden. Das UK Concrete Centre hat in seinem Fahrplan für die britische Beton- und Zementindustrie über Net-Zero hinaus ein Potenzial zur Verringerung der gebundenen CO2 -Emissionen von Beton um 39 % bis 2050 ermittelt, und zwar durch die Dekarbonisierung des Stromnetzes und des Transportwesens, die kohlenstoffärmere Herstellung von Zement und anderen Bindemitteln sowie die Umstellung des Hauptbrennstoffs für die Zementherstellung auf einen erneuerbaren Brennstoff. Die verbleibenden 61 %, die erforderlich sind, damit Beton zu einem kohlenstofffreien Material wird, müssen durch Technologien zur Kohlenstoffabscheidung erreicht werden, die hauptsächlich die mit der Kalzinierung verbundenen Emissionen betreffen. Heidelberg Materials baut bereits die erste Anlage zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid in einem Zementwerk in Norwegen und plant, dies bis 2030 auch in einem anderen Werk in Schweden zu tun. Andere Unternehmen wie CarbonCure und Carbonaide reduzieren den verkörperten Kohlenstoffgehalt von Beton durch die Verwendung von CO2  in der Betonmischung selbst, während Unternehmen wie Prometheus Materials und Biozeroc den Einsatz von Biotechnologie untersuchen, um die Verwendung von Zement in Beton zu eliminieren und so ein Baumaterial ohne oder mit negativem Kohlenstoffgehalt zu erreichen, das Beton ähnlich ist.

Kostengünstige EPDs mit dem One Click LCA Concrete EPD Generator

One Click LCA bietet jetzt einen speziell für Beton entwickelten Concrete EPD Generator an. Das Tool ermöglicht es Betonherstellern, EPDs für ihre Mischungen mit einem Bruchteil des Aufwands und der Kosten im Vergleich zu herkömmlichen EPD-Lösungen zu erstellen. Das Tool generiert EPDs, die von einer dritten Partei verifiziert werden und Standards wie ISO 14025 und EN 15804+A2 einhalten. Dies ermöglicht es immer mehr Herstellern, die Nachhaltigkeit ihrer Produkte nachzuweisen.
Erfahren Sie mehr über den One Click LCA Concrete EPD Generator oder sehen Sie sich die Aufzeichnung unseres letzten Webinars über die schnelle Erstellung von Beton-EPDs an.

Visualisierungen

Wie man beim Bauen mit Beton den “embodied carbon” reduziert

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der Autor

Marios Tsikos

Consulting and Training Team Leader

Marios Tsikos ist ein Experte für LCA, BIM und Nachhaltigkeit mit 10 Jahren Erfahrung. Er ist jetzt Berater bei One Click LCA, bietet Schulungen an und unterstützt Kunden bei der Integration von LCA in ihre Arbeitsabläufe.

About Ecodesign in Practice

Ecodesign in Practice is a series of sustainable construction design solutions that can be applied at scale. The solutions are also integrated as data sources in One Click LCA for Buildings and Carbon Designer 3D. We publish an article and associated solutions approximately every six weeks. We hope you enjoy reading and would love to hear your feedback.

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Erfahren Sie mehr über kohlenstoffarme Materialien mit unseren EPD und LCA Bootcamps

Beton wird zusammen mit vielen anderen Baumaterialien in den kommenden One Click LCA Bootcamps für Ökobilanzen und EPDs im Bauwesen behandelt. Diese fünftägigen Programme vermitteln Ihnen das Wissen, das Sie benötigen, um eine Ökobilanz für ein Bauprojekt zu erstellen bzw. eine EPD für ein Bauprodukt vorzubereiten.
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Table of contents

Warum ist Beton so kohlenstoffintensiv?
Wie kann Beton zirkulärer werden?
Vergleich von Betonmischungen und Modellierung von kohlenstoffarmem Beton
Wer kann kohlenstoffarme Betonlösungen anbieten?
Wie sieht die Zukunft von kohlenstoffarmem Beton aus?
Kostengünstige EPDs mit dem One Click LCA Concrete EPD Generator