Zement, die unbeachtete Klimafalle

Seine Vorläufer wurden wahrscheinlich schon vor 8‘000 Jahren verwendet, heute kommt keine Stadt, keine Strasse und kein Land ohne ihn aus. Beton ist relativ leicht, stabil, wasserfest und quasi überall herzustellen. Der Anblick der grauen Masse, die auf Baustellen in Verschalungen gegossen wird, ist auf der ganzen Welt der gleiche. Er ist Grundlage schrecklicher Bausünden ebenso wie erhabener Architektur.

Das liegt vor allem am Zement. Versetzt man ihn mit Wasser und lässt das Gemisch aushärten, verbindet er alle Komponenten und wird fest wie Stein. Die Nachfrage danach ist hoch, 2017 wurden weltweit 4,1 Milliarden Tonnen Zement produziert. Nach Schätzungen von Statista wird die Produktion bis 2030 auf 4,8 Milliarden Tonnen steigen. Nach dem chinesischen Bauboom sind die Länder Südostasiens und Subsahara-Afrikas die nächsten grossen Abnehmer.

Zement: unverzichtbarer Werkstoff und heimlicher Klimakiller

Das wird sich auch in den Umweltstatistiken niederschlagen, denn Zement ist nicht nur ein universeller Werkstoff, sondern auch ein heimlicher Klimakiller. Acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen entstehen bei der Zementproduktion. Das ist mehr, als durch den gesamten weltweiten Flugverkehr verursacht wird und entspricht der Hälfte der CO₂-Emissionen der USA.

Seine Herstellung ist sowohl energieintensiv wie auch klimaschädlich. Für die Herstellung von Portlandzement, der weltweit gebräuchlichsten Sorte, werden Kalkstein und Ton gemahlen und in einer grossen Trommel auf etwa 1‘500 Grad erhitzt. Dabei verschmelzen die Materialien zu kleinen Klumpen. Bei diesem Vorgang, der Sinterung, werden durch eine chemische Reaktion grosse Mengen CO₂ frei, was etwa der Hälfte der Kohlendioxidbelastung bei der Herstellung entspricht. Der Zementklinker wird anschliessend gemahlen und eventuell mit weiteren Zusatzstoffen versetzt.

Zementherstellung: Schema eines Klinkerofens. (Bild: carbonbrief.org)

Um das Pariser Klimaschutzabkommen einzuhalten, müssen die Emissionen bei der Zementherstellung bis 2030 um 16 Prozent sinken. Das ist auch den Herstellern bewusst. Zu erreichen ist das nur durch eine Förderung alternativer Technologien, neuer Materialien, verstärkter Anstrengungen der Branche und der Verteuerung von Zement, die auch importierte Ware einschliesst.

Das sagt beispielsweise Felix Preston, stellvertretender Forschungsleiter im Departement Energie, Umwelt und Rohstoffe bei Chatham House. Bisher halte sich die Politik sehr zurück, findet er.

Ohne politischen Druck wird Beton kaum grüner

Der Markt für Zement ist unter vergleichsweise wenigen Herstellern aufgeteilt. Diese sind sich der Herausforderung zwar bewusst, aber gross und daher schwerfällig. Lafarge-Holcim, einer der weltgrössten Zementhersteller, sieht laut SRF momentan eher wenig Handlungsbedarf. Derzeit seien nur 10 Prozent der Konzerngewinne von steigenden Emissionskosten betroffen, sagte CEO Jan Jenisch im Oktober 2018 auf einer Telefonkonferenz. Andere Hersteller seien zudem weniger umweltfreundlich, was dem Unternehmen einen Marktvorteil verschaffe.

Durch Verbesserung des Herstellungsprozesses, etwa der Verbrennung von Abfällen zur Beheizung, hat die Branche in den vergangenen Jahrzehnten laut Chatham House bereits 18 Prozent der Emissionen eingespart, schreibt die BBC. Das heisst aber auch: die Möglichkeiten sind diesbezüglich weitgehend ausgereizt.

Neue Ansätze beschäftigen sich mit der Anpassung des Herstellungsverfahrens oder der Zusatzstoffe, indem Kalkstein durch Abfallstoffe wie Schlacke oder Flugasche ersetzt wird. Flugasche, andererseits, ist ein Abfallprodukt der Kohleverbrennung und deshalb ein wenig zukunftweisender Rohstoff.

3-D-Druck, Plastikverstärkung und Nanotechnologie: Ressourcen sparen durch Innovation

Andere Ideen beschäftigen sich mit der Verbesserung von Beton, damit zukünftig weniger davon verwendet wird. Per Nanotechnologie mit Kohlenstoff verstärkter Beton soll das Produkt beispielsweise so verstärken, dass nur noch die Hälfte der Rohstoffe benötigt wird.

Zur Verringerung der Betonmenge führt auch das Bauen mit dem Drucker. Im Vergleich zur konventionellen Bauweise kommen 3-D-Drucker mit 40 Prozent weniger Beton aus. Sie können ausserdem auf Bewehrungsstahl und Verschalung verzichten – auch das spart Ressourcen. Eine australische Firma hat ein Konzept namens «Emesh» entwickelt, bei dem der Stahl komplett durch ein Gitter aus recyceltem Plastik ersetzt wird.

Im besten Fall kann der klimaschädliche Baustoff gleich selbst als CO₂-Falle dienen. Beton nimmt auf natürliche Weise im Laufe der Zeit Kohlendioxid auf. Das jedoch dauert lange. Und es geht auch effizienter: Die kanadische Firma CarbonCure hat ein Verfahren entwickelt, das klimaschädliche Gas in flüssiger Form in die Betonmasse einzuspritzen, um CO₂ darin festzuhalten. Laut der BBC verwenden bereits 100 Hersteller dieses Verfahren. Vermehrte Anstrengungen gibt es auch beim Gebäuderecycling. Häuser werden zunehmend so geplant, dass sie sich beim Rückbau besser in ihre Einzelteile zerlegen lassen.

Anders Bauen: die Holzhäuser werden höher

Die meisten Bestrebungen gehen dahin, die Nutzung von Beton insgesamt einzuschränken. Zumindest der Gebäudebau geht da bereits neue Wege. Während Lehm- und Strohbau ein Nischendasein führen, findet im Holzbau derzeit ein innovativer Wettbewerb statt. Das derzeit höchste Holzwohngebäude, «Hoho» in Wien, ist 84 Meter hoch, hat 24 Stockwerke und soll noch in diesem Frühjahr eröffnet werden. «Hoho» (kurz für: Holzhochhaus) hat einen Kern aus Beton, ist also genaugenommen ein Hybridbau und löst das «UBC Brock Commons» in Vancouver als höchstes Holzwohngebäude der Welt ab. Ein Team aus Wissenschaftlern und Architekten in Chicago hat bereits ein Gebäude konzipiert, das bei gleicher Höhe ganz ohne Beton auskommt.

Alternativen für die Zukunft: grüner Zement

Noch in den Kinderschuhen steckt die eventuell zukunftsweisende Herstellung von «grünem» Zement. Die Architektin Ginger Krieg Dosier beispielsweise hat einen Weg gefunden, Beton auf biotechnologischem Weg herzustellen. Das von Krieg Dosier entwickelte Verfahren basiert auf dem gleichen Prozess wie der natürliche Aufbau von Korallenkalk. Sand wird dafür mit Bakterien «geimpft», die eine Art Betonziegel daraus machen. Das «Ziegelwachstum» erfolgt bei Raumtemperatur und dauert vier Tage.

Ein «gewachsener» Betonziegel. Die Funktion des Klinkerofens übernehmen Bakterien (Bild: biomason.com)

Krieg Dosier hat als CEO des Start-Ups BioMason die typischen Probleme eines jungen Unternehmens. Ihre Firma muss gleichzeitig wachsen und dabei den Prozess verbessern. Ihr Beispiel zeigt: All das sind vielversprechende Ansätze, um die Klimabelastung zu reduzieren, die durch den Bau unserer Brücken, Strassen und Häuser entsteht. Ausreichen werden sie jedoch kaum, solange der politische Rückhalt fehlt.