Beton als Kohlenstoffspeicher: Das steckt hinter dem Konzept

Im Bereich des Klimaschutzes spielt die Speicherung von Kohlenstoff zunehmend eine Rolle. Eine praktische Option ist die Speicherung in Beton. Eine Forschungsinitiative möchte mit einer neuen Methode den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre reduzieren und das Kohlendioxid langfristig fest in Betonbauten speichern.

Wie funktioniert die Speicherung von CO₂ in Beton?

Es gibt bereits mehrere Ansätze, wie sich Kohlenstoff in Beton speichern lässt. Während es sich bei einigen Ideen um sehr theoretische Ansätze handelt, hat die Empa-Forschungsinitiative eine praktische Lösung für dieses Konzept gefunden. Im Kern geht es darum, überschüssiges CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen und fest in Beton zu speichern.

Es handelt sich dabei um einen mehrstufigen Prozess. In der ersten Phase soll mit speziellen Filtern oder unter der Beihilfe von Chemikalien das Kohlendioxid aus der Umgebungsluft entnommen werden. Ebenfalls ist es möglich, mit dieser Technik Kohlendioxid aus den Ozeanen zu gewinnen. Dabei findet eine Synthese von CO₂ und Wasserstoff statt. Der Wasserstoff für den Prozess wird hergestellt.

Die Forschungsinitiative hat dieser Idee den Namen „Mining the Atmosphere“ gegeben. Für diesen energieintensiven Prozess sollen ausschließlich erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. Aktuell gibt es bereits immer wieder Situationen, in denen grüne Energieanlagen gedrosselt oder vollständig abgeschaltet werden müssen, da zu viel Strom im Netz vorhanden ist. Dieser überschüssige Strom soll laut der Empa-Forschungsinitiative für Projekte wie die Kohlendioxidfilterung genutzt werden.

Aus dem gefilterten Kohlendioxid entsteht im zweiten Schritt gasförmiges Methan oder flüssiges Methanol. Methan und Methanol sollen als Grundstoff für die Produktion von kohlenstoffhaltigen Feststoffen dienen. Durch diesen Prozess ist das Kohlendioxid aus der Atmosphäre in einem festen Stoff gebunden und bereit für die Weiterverarbeitung. So lassen sich die Grundchemikalien für die Herstellung verschiedener Polymere einsetzen. Beispielsweise können Polymerfasern gefertigt werden, die auf Methanol basieren.

Welche Rolle spielt Beton für die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre?

Die Bauwirtschaft ist ein großer Erzeuger von CO₂-Emissionen, und Beton steht dabei im Fokus.

Es zeigt sich, dass die unterschiedlichen Baumaterialien sehr verschiedene Fußabdrücke aufweisen. So gehört Beton, zusammen mit Aluminium, zu den Materialien mit den schlechtesten Klimaeigenschaften. Eine Reduzierung der CO₂-Emissionen beim Beton könnte die weltweiten Treibhausgas-Emissionen also deutlich senken.

Ziele der Kohlenstoffspeicherung in Beton

Überblick:

• CO₂-Anteil in der Atmosphäre senken
• Treibhausgas-Emissionen im Bausektor reduzieren
• Bausektor zu einer kohlenstoffbindenden Wirtschaft weiterentwickeln
• Kosten durch CO₂-Zertifikate vermeiden
• Alternative zur unterirdischen CO₂-Speicherung schaffen
• Baumaterialien mit zusätzlichem Nutzen entwickeln

Eines der Ziele von „Mining the Atmosphere“ ist es also, den CO₂-Anteil in der Atmosphäre zu senken. Dieser steigt seit Beginn der Industrialisierung stetig. Lag die CO₂-Konzentration vor Beginn der Industrialisierung bei 280 ppm (Parts per Million), so waren es im Jahr 2022 bereits 419 ppm. Der Trend ist dabei unverändert. Viele Forschende gehen davon aus, dass der Klimawandel direkt mit der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre zusammenhängt. Aus diesem Grund haben zahlreiche Staaten im Klimaabkommen von Paris vereinbart, die Emissionen von Kohlenstoffen stufenweise zu reduzieren und schlussendlich die Treibhausgas-Neutralität zu erreichen.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, in allen Bereichen Lösungen zu finden, um Treibhausgas-Emissionen zu reduzieren. Die Kohlenstoffspeicherung in Beton ist für den Bausektor ein interessanter und zielführender Ansatz. Dies liegt vor allem daran, dass Beton bei der Produktion und während der Verarbeitung große Mengen an CO₂ emittiert.

Die Forschungsinitiative verfolgt mit dem Projekt aber noch weitere Ziele. So geht es darum, den Bausektor in eine kohlenstoffbindende Wirtschaft zu verwandeln. Das soll mittelfristig auch ökonomische Vorteile für den Bausektor mit sich bringen. Beispielsweise erfordert ein klimaneutraler Baustoff keine CO₂-Zertifikate. Die klassische Zementherstellung unterliegt hingegen dem Emissionshandel, was die Kosten für diese Baustoffe in die Höhe treibt.

Ein weiteres Ziel der Forschungsinitiative ist es, eine sinnvolle Alternative zur diskutierten unterirdischen Speicherung von CO₂ zu präsentieren. Bei dieser Methode soll CO₂, das unter anderem auch aus der Atmosphäre gefiltert wird, aufwendig und teuer in unterirdischen Lagern gespeichert werden. Im Gegensatz dazu schafft das Konzept der Speicherung in Beton einen echten Mehrwert, denn das Baumaterial kann zusätzliche sinnvolle Funktionen erhalten. Außerdem reduziert sich gleichzeitig die CO₂-Emission im Bausektor.

Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften von Beton mit gespeichertem Kohlenstoff

Der Einsatz von Polymeren in Beton ist an sich kein neues Konzept. Als Zusatzstoff haben zum Beispiel Polypropylenfasern schon lange eine Verwendung in Beton, Gips, Mörtel oder Estrich. Dadurch verändern sich die Eigenschaften des Betons, und es können spezifische Funktionen erreicht werden.

Die Forschungen der Empa fokussieren sich weiterhin auf polymere Zusatzstoffe für Beton. Polymere sollen so zukünftig bei selbstverdichtendem Beton helfen. Durch die Zugabe von Polymeren verbessern sich die Fließeigenschaften. Dadurch fließt der Beton einfacher in die Abschalung und füllt selbstständig alle Bereiche aus.

Weitere Polymere als Beton-Additive sollen für Hochleistungsbeton entstehen, die Spezialfunktionen mitbringen. Dadurch soll das Konzept der Kohlenstoffspeicherung in Beton helfen, die Eigenschaften von Baumaterialien zu verbessern. Somit hat das Forschungsprojekt nicht nur das Ziel, den CO₂-Anteil in der Atmosphäre zu reduzieren, sondern gleichzeitig Beton mit besseren Eigenschaften zu schaffen.