Vorsicht vor Geopolymeren. Nachhaltige und kreisförmige Betonbeläge

Im Infrastrukturbereich sucht man ständig nach neuen Möglichkeiten, den Kohlenstoff-Fußabdruck von Projekten zu verringern. Schließlich werden Projekte nach einem günstigen EQI-Wert und niedrigen CO2-Emissionen vergeben. Im Straßenbau wird dann schnell nach Möglichkeiten gesucht, die CO2-Emissionen von Materialien wie Asphalt und Beton und damit vor allem von Zement weiter zu reduzieren. Dies führt zu Belagsstrukturen aus Elefantengrasbeton, faserverstärktem Beton oder Geopolymerbeton. Gerade was den Beitrag von Geopolymerbeton zu einer umweltfreundlichen und nachhaltigen Zukunft angeht, ist Wim Kramer, Betonexperte mit 35 Jahren Erfahrung in der Zement- und Betonindustrie, eher skeptisch.

Die Niederlande sind seit Jahrzehnten weltweit führend bei der Verwendung von CO2-armen Zementen. "Die aktuellen CO2-Einsparungen beim Zementverbrauch werden vor allem durch einen hohen Anteil an Hochofenzement und die Verwendung von Flugasche in Portland-Flugasche-Zement als alternativen Rohstoffen sowie durch den Transport auf dem Wasser erreicht", sagt Kramer. "Aber auch die Beton- und Zementindustrie bleibt nicht untätig. So werden beispielsweise umfangreiche Forschungs- und Pilotprojekte zu CO2-armem Zement und damit CO2-armem Beton durchgeführt. Darüber hinaus wird fleißig mit Recyclingmaterialien experimentiert. Ein intelligenter Brecher ist heute sogar in der Lage, Beton vollständig auf Zementgranulat zu zerkleinern, das in der Zementindustrie wiederverwendet werden kann."

Faserbewehrter Beton

Die Auftraggeber verlangen von Infrastrukturprojekten zunehmend mehr Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft. "Straßenbauer arbeiten mit der Betonindustrie zusammen, um intelligente Mischungen für einen günstigen MKI-Wert und niedrige CO2-Emissionen der Betonbeläge zu entwickeln und so den Zuschlag zu erhalten", so Kramer. "Ein gutes Beispiel ist der Einsatz von faserverstärktem Beton. Damit kann man dünner bauen. Er wird in der Praxis bereits regelmäßig mit White Topping zur lebensverlängernden Instandhaltung von z.B. verschlissenen Asphalt-Radwegen eingesetzt. Mit einer dünnen Betonschicht mit einer konstruktiven Faser in der Mischung, die auch die Restfestigkeit des Asphalts nutzt, wird die Lebensdauer erheblich verlängert. Außerdem verbraucht man weniger Material, hat einen geringeren Anfall und spart so noch mehr CO2-Emissionen im Vergleich zu einer kompletten Neukonstruktion nach Standard." 

Ein Radweg sei daher das geeichte Testfeld für neue Initiativen, so Kramer. "Da kann nicht viel schief gehen. Und sollte eine neue Initiative am Ende doch nicht funktionieren, ist es allenfalls eine Frage des Austauschs oder der Überarbeitung der Deckschicht, ohne große Folgen oder Unannehmlichkeiten für die Verkehrsteilnehmer. Auf diese Weise hat man bereits gute und positive Erfahrungen mit faserverstärktem Beton gemacht." 

Geopolymerer Beton

Bei der Suche nach einer Reduzierung des CO2-Profils von Beton liegt der Schwerpunkt auch auf Bindemitteln mit einem niedrigen CO2-Profil. "Geopolymerbeton wird in den Niederlanden zunehmend als die Lösung gesehen, um das CO2-Profil von Beton deutlich zu reduzieren", so Kramer. Dennoch hat er seine Zweifel daran. "Ein Radweg in Overijssel, der mit rot eingefärbtem Geopolymerbeton angelegt worden war, zeigte beispielsweise bald die notwendigen Oberflächenschäden durch Tausalze und Frost. Konstruktiv ist dies in der Regel kein akutes Problem, aber die Lebensdauer der Konstruktion wird nicht eingehalten und der Komfort für Radfahrer verschlechtert sich rapide. Ganz abgesehen vom ästhetischen Aspekt...." Nicht umsonst werden Betonsteine und Fliesen aus Geopolymerbeton bei der Herstellung mit einer zementhaltigen Deckschicht versehen. "Das macht die Oberfläche widerstandsfähiger gegen Frost und Tausalze", so Kramer. "Beim Radweg in Overijssel war die Verschlechterung so stark, dass einige Platten bereits ausgetauscht wurden. Und auch in Utrecht wurde letztes Jahr ein Radweg mit farbigem Geopolymerbeton kurz nach dem Bau wegen struktureller Verschlechterung komplett durch normalen Beton ersetzt. Daraus ergeben sich also keine CO2-Vorteile." 

Größerer Anwendungsbereich

Aber es gibt noch einen weiteren Aspekt von Geopolymerbeton, der oft unterbelichtet ist. Kramer: "Bei Geopolymerbeton wird der Zement durch ein alkalisch aktiviertes Bindemittel ersetzt. In Nordwesteuropa wird dafür meist Hochofenschlacke oder Kohlenstaubflugasche verwendet, deren Verfügbarkeit rapide abnimmt. Kohlekraftwerke werden in beschleunigtem Tempo stillgelegt, Tata Steel steht unter sozialem Druck und hat bereits angekündigt, auf ein anderes Stahlverfahren umzusteigen, bei dem weit weniger (geeignete) Schlacke anfällt. Und man bedenke, dass die Zementindustrie bereits fast alle verfügbaren Schlacken und Flugaschen in ihren Zementen verwendet. Geopolymere können sicherlich zur CO2-Reduzierung beitragen, vorausgesetzt, sie verwenden keine Rohstoffe, die bereits von der Zement- und Betonindustrie verwendet werden, und sorgen dafür, dass wir in den Niederlanden bereits führend bei der Verwendung von CO2-armen Zementen und Betonmörteln sind. Im Großen und Ganzen verlagert man nur die Rohstoffe, und dann geht der gesamte CO2-Vorteil verloren. Geopolymere können also nur dann zur Verringerung der CO2-Emissionen beitragen, wenn Rohstoffe verwendet werden, die wir nicht bereits in der Zement- und Betonindustrie einsetzen. Dabei kann es sich um künstlich hergestellte Schlacke handeln, aber auch um andere sekundäre Stoffströme, auch wenn deren Mengen in der Regel begrenzt sind."

Säureresistenz 

Wir sollten uns nicht der Illusion hingeben, dass Geopolymerbeton den gesamten Beton ersetzen wird, fasst Kramer zusammen. "Und schon gar nicht in der Straßeninfrastruktur. Dagegen zeigen Versuche mit vorgefertigten Innenwänden für Häuser aus Geopolymerbeton gute Ergebnisse. Sie leiden dann nicht unter äußerer Beeinträchtigung. Auch für die Herstellung von Abwasserrohren scheint es aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften wie Säurebeständigkeit geeignet zu sein, aber alles in allem ist der Maßstab sehr begrenzt. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Rohstoffen kann die Herstellung von Geopolymerbeton in seiner jetzigen Form nicht so weit gesteigert werden, dass er einen wesentlichen Teil des normalen Betons auf der Grundlage von normalem Zement ersetzen kann. Für die meisten Anwendungen in der (Straßen-)Infrastruktur sind die Eigenschaften von Geopolymerbeton auch schlechter als die von herkömmlichem Beton. Außerdem kann Geopolymerbeton noch nicht als kreisförmig angesehen werden. So kann er beispielsweise nicht zusammen mit normalen Betonzuschlagstoffen als sekundärer Zuschlagstoff verwendet werden. Es ist gut, Restströme, die nicht in Zement und Beton verwendet werden, wie z. B. Kupferschlacke, für Geopolymerbeton zu verwenden, wenn diese Anwendung den größten Nutzen für die Umwelt bringt.

CO2-armer Zement

Daraus lässt sich schließen, dass der Beitrag von Geopolymerbeton zur weiteren Nachhaltigkeit von Betonbelägen sehr begrenzt ist, vor allem, wenn er auf Ortbetoninfrastrukturen (Straßen) angewendet wird, so Kramer. Was ist also die Alternative? "Die Lösung liegt bald in der Verwendung von CO2-armem Zement. In den norwegischen Zementwerken werden beispielsweise erhebliche Investitionen in Anlagen getätigt, die das gesamte CO2 während der Produktion abscheiden. Auf diese Weise wird in einigen Jahren CO2-armer Zement hergestellt werden können. Und Zement hat, wie Sie wissen, den größten CO2-Anteil im Beton. Wenn es gelingt, diesen Anteil erheblich zu reduzieren, werden wir wirklich große Schritte machen. Sicherlich in Kombination mit einem intelligenten Brecher, bei dem auch die Zementfraktion wiederverwendet werden kann."