Eine klimafreundliche Alternative zu herkömmlichem Zement haben Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der brasilianischen Universität Pará entwickelt. Mit einem bislang ungenutzten Abraumprodukt der Bauxitförderung als Rohstoff lässt sich der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid (CO2) während der Produktion um bis zu zwei Drittel senken.
Schätzungen zufolge wurden im Jahr 2020 weltweit knapp sechs Milliarden Tonnen Zement produziert. Zement ist ein wichtiger Baustoff – aber er ist zugleich für etwa acht Prozent der vom Menschen erzeugten CO2-Emissionen verantwortlich. „Bei der klassischen Produktion von Portlandzement werden verschiedene Rohstoffe, unter anderem Kalkstein, zu sogenanntem Klinker gebrannt“, erklärt Prof. Dr. Herbert Pöllmann vom Institut für Geowissenschaften und Geographie der MLU. „Dabei wird Calciumcarbonat in Calciumoxid umgewandelt und eine Menge Kohlenstoffdioxid freigesetzt.“ Da CO2 ein Treibhausgas ist, wird seit einigen Jahren an Alternativen zum Portlandzement geforscht.
Als vielversprechend gilt Calciumsulfoaluminat-Zement, bei dem ein großer Teil des Kalks durch Bauxit ersetzt wird. Allerdings ist Bauxit ein begehrtes Ausgangsprodukt für die Aluminiumherstellung und nicht unbegrenzt verfügbar. Gemeinsam mit brasilianischen Mineralogen hat das MLU-Team nun eine Alternative gefunden: Sie verwenden nicht reinen Bauxit, sondern ein Abraumprodukt – den Belterra-Lehm. „Diese bis zu 30 Meter dicke Tonschicht bedeckt die Bauxitlagerstätten im Tropengürtel der Erde, beispielsweise im Amazonasbecken“, sagt Pöllmann. „Sie enthält genügend aluminiumhaltige Minerale für eine gute Qualität, ist in großen Mengen verfügbar und kann ohne zusätzliche Behandlung verarbeitet werden.“ Weiterer Pluspunkt: Bei der Förderung von Bauxit wird der Belterra-Lehm ohnehin bewegt. Er muss für die Zementherstellung also nicht extra erschlossen werden.
Ganz ohne Calciumcarbonat geht es nicht
Ganz ohne Calciumcarbonat funktioniert die Zementherstellung nicht, doch immerhin 50 bis 60 Prozent des kohlensauren Kalks können durch Belterra-Lehm ersetzt werden. Das Verfahren hat noch einen weiteren umweltrelevanten Vorteil: Für den Brennprozess sind 1.250 Grad Celsius ausreichend – 200 Grad weniger als beim Portlandzement. Durch die Kopplung dieser Effekte kann die CO2-Emission bei der Zementherstellung um bis zu zwei Drittel reduziert werden. In aufwendigen Laboruntersuchungen haben die Mineralogen nachgewiesen, dass ihr alternativer Zement allen Qualitätsanforderungen gerecht wird, die auch an den klassischen Portlandzement gestellt werden. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Sustainable Materials and Technologies“ veröffentlicht. In weiteren Forschungsprojekten soll nun untersucht werden, ob es auch in Deutschland Abraumquellen gibt, die sich für die Zementproduktion eignen. Die Arbeit wurde vom brasilianischen Bildungsministerium gefördert.