Die Zementindustrie will sauber werden

Von Daniel Hautmann

1744 Tonnen Beton stecken im Fundament und im Turm eines Windrads vom Typ Enercon E-82, wie das Umweltbundesamt berechnet hat. Jede Tonne der grauen Masse enthält rund 600 Kilogramm CO₂. Macht über 1000 Tonnen Klimagas. „Für ein Kraftwerk, das ein Symbol im Kampf gegen den Klimawandel ist, ist das viel zu viel“, sagt Erika Bellmann, Geschäftsführerin von Bellona Deutschland. Die NGO engagiert sich gegen die Erderwärmung – und damit zwangsläufig auch für einen sparsamen Einsatz von Beton.

Denn das Material ist für Milliarden Tonnen von CO₂ verantwortlich. Genauer gesagt: der darin enthaltene Zement. Er ist der Kleber, der die übrigen Inhaltsstoffe wie Sand, Kies und Wasser zusammenhält. Einer der wichtigsten Baustoffe überhaupt wird so zu einem der größten Klimakiller.

Zement ist ein Alleskönner. Schon die Römer schufen damit erhabene Kuppeln

Zement ist allgegenwärtig, weil er so vielseitig ist. Patentiert wurde er 1824 vom englischen Bauunternehmer Joseph Aspdin. Der erhitzte ein Gemisch aus Ton und Kalk und erhielt so ein Bindemittel, das er Portlandzement nannte, weil ihn die graue Farbe an Kalksteingebilde auf der südenglischen Halbinsel Portland erinnerte. Den Zusatz „Zement“ übernahm er von den Römern, die bereits vor rund 2000 Jahren mit ihrem „Opus Caementicium“ Aquädukte und kilometerlange Wasserleitungen bauten. Genauso Mauern, Hafenanlagen und gigantische Kuppeln, die der Schwerkraft trotzen wie die des Pantheons in Rom. Sogar vor 14.000 Jahren schon sollen Handwerker im Osten der heutigen Türkei Mörtel aus gebranntem Kalk benutzt haben, um Ziegelsteine zu vermauern.

Kalk ist bis heute die wichtigste Zutat von Zement. Er ist der Grundstoff und für den größten Teil der CO₂-Emissionen verantwortlich. Heute werden Ton und Kalk in gigantischen Drehrohröfen bei etwa 1450 Grad erhitzt, bis sie zu festen Kugeln verschmelzen, dem sogenanntem Klinker. Rund die Hälfte des Kohlendioxids entsteht, wenn das im Kalkstein gebundene CO₂ beim Brennen entweicht. Fachleute nennen das Entsäuern. Diese Emissionen sind auch dann nicht zu vermeiden, wenn die Produktion ausschließlich mit erneuerbaren Energien betrieben wird; sie sind prozessbedingt.

Der Brennstoff für die Öfen ist für weitere etwa 35 Prozent der Emissionen verantwortlich. Meist werden Kohle oder Öl dazu verwendet, zunehmend aber auch Ersatzstoffe wie alte Reifen, ausgediente Rotorblätter oder Plastikmüll. Das Mahlen des Klinkers zu feinem Mehl verursacht weitere zwölf Prozent, der Transport des Materials dann die restlichen drei Prozent.

Ein Ansatz, um die Emissionen zu verringern, wäre folglich, auf Kalk zu verzichten. Doch Ersatzstoffe dafür gibt es bislang nur im Labormaßstab. Und statt Beton einfach andere Baustoffe wie Holz oder Lehm zu verwenden, kommt ebenfalls kaum infrage. Der Markt ruft nach Millionen Tonnen, jeden Tag. Würde man stattdessen auf Holz setzen, gäbe es bald keine Bäume mehr.

Die Welt produziert jedes Jahr rund 4,1 Milliarden Tonnen Zement. Allein dabei fallen nach konservativer Schätzung mindestens 1,6 Milliarden Tonnen CO₂ an. Andere Berechnungen gehen sogar von drei Milliarden Tonnen oder mehr aus. Das sind bis zu acht Prozent der weltweiten jährlichen CO₂-Emissionen und rund dreimal mehr, als alle Flugzeuge der Welt ausstoßen, wie der Londoner Thinktank Chatham House in der Studie „Making Concrete Change“ 2018 vorrechnete.

Um das CO₂ loszuwerden, setzt die Branche auf mehrere Wege. Einer davon: CCS

Zwar ist all das mindestens seit den Neunzigerjahren bekannt, doch wenn es um das Klima ging, standen lange andere Branchen am Pranger, etwa die Luftfahrt, der Autobau oder die Fleischindustrie. Diese Zeiten sind jedoch passé, sagt Bellona-Chefin Bellmann im Gespräch mit EnergieWinde. Inzwischen stellen sich viele Zementhersteller ihrem Klimaproblem. Sie suchen Wege, um zu verhindern, dass das CO₂ in die Atmosphäre gelangt. Dazu setzen sie unter anderem auf Carbon Capture and Storage (CCS): die Abscheidung und unterirdische Speicherung des Klimagases. „Die Zementhersteller stehen in den Startlöchern. Mehrere Projekte sind geplant, um CO₂ aus der Zementherstellung aufzufangen und permanent geologisch zu speichern“, sagt Bellmann.

Doch das Verfahren ist umstritten und in Deutschland de facto verboten. Derzeit wird das Kohlendioxid-Speicherungsgesetz (KSpG) überprüft. Im Wege einer nationalen Carbon-Management-Strategie sollten aus Sicht von Bellmann schnellstmöglich die nötigen Anpassungen erfolgen, damit auch in Deutschland eine klimaneutrale Zementindustrie möglich werde.

In Norwegen ist die Branche schon weiter. Dort entsteht ein Pilotprojekt

Wie das aussehen kann, erprobt der Hersteller HeidelbergCement derzeit in Norwegen. Der Konzern baut dort die weltweit erste CO₂-Abscheideanlage im industriellen Maßstab in einem Zementwerk. Das CO₂ soll unterseeisch eingelagert werden. 2024 soll die Anlage den Betrieb aufnehmen und der Atmosphäre jährlich rund 400.000 Tonnen CO₂ ersparen. Die Methode sei ein entscheidender Bestandteil der Klimastrategie des Unternehmens und eine notwendige Voraussetzung, um für den Sektor Klimaneutralität zu erreichen. Bis 2030 sollen so insgesamt zehn Millionen Tonnen CO₂ eingespart werden. Ziel sei eine Verringerung der CO₂-Emissionen des im Werk produzierten Zements um rund die Hälfte. „Im selben Zeitraum wollen wir zudem den Umsatz mit nachhaltigen Produkten auf einen Anteil von 50 Prozent des Konzernumsatzes steigern“, sagt eine Sprecherin gegenüber EnergieWinde.

CCS ist allerdings nicht der einzige Weg, auf dem die Zementindustrie versucht, sauberer zu werden. Der weltgrößte Hersteller Holcim verfolgt nach Auskunft von Deutschland-Chef Thorsten Hahn drei Ansätze:

• Die Reduktion des CO₂-Fußabdrucks der Produkte durch den Einsatz CO₂-optimierter Zemente. „Das heißt, wir ersetzen so viel Zementklinker wie möglich durch Ersatzstoffe wie Hüttensand, ein Abfallprodukt aus der Stahlindustrie“, so Hahn.
• Die Entwicklung intelligenter Baulösungen, die weniger Ressourcen benötigen.
• Das Auffangen des unweigerlich im Produktionsprozess austretenden CO₂ mit dem Ziel, es als Rohstoff weiter zu nutzen.

Letzteres ist als Carbon Capture and Usage (CCU) bekannt. Diesen Ansatz verfolgt Holcim im EU-geförderten Projekt Carbon2Business (C2B), das wiederum Teil des Reallabors Westküste 100 ist. Das im schleswig-holsteinischen Zementwerk Lägerdorf aufgefangene CO₂ will der Konzern zur Weiternutzung bereitstellen. Wozu genau ist noch offen. Eine Idee im Reallabor ist es, das aufgefangene CO₂ zur Herstellung von Flugzeugtreibstoff zu nutzen.

CCU, also die Weiternutzung von CO₂, hat gegenüber der dauerhaften Speicherung (CCS) aus Sicht von Erika Bellmann allerdings einen Nachteil: Das CO₂ werde nach kürzester Zeit wieder freigesetzt, wenn es in Form von synthetischen Treibstoffen (E-Fuels) verbrannt wird. Die Emissionen der Zementfabrik landeten also doch in der Atmosphäre. Um zumindest eine teilweise Einsparung zu erreichen, sei es nötig, dass ausschließlich Ökostrom für den energieintensiven Prozess der CO₂-Nutzung eingesetzt wird. Im Projekt Westküste 100 stammt dieser Strom vor allem aus Windrädern.

In den Forschungslaboren entstehen derweil ganz neue Produkte. Etwa Carbonbeton. Sogenannte CPC-Betonelemente – das Kürzel steht für Carbon Prestressed Concrete, also mit Carbonfasern vorgespannter Beton – können gewaltige Mengen Material und damit Emissionen einsparen. Bis zu 80 Prozent seien möglich, heißt es, und damit verringere sich auch der CO₂-Fußabdruck des Bauteils um bis zu 75 Prozent.

Carbonbeton ist der Hoffnungsträger der Branche: haltbar und gut zu recyceln

An Carbonbeton arbeitet auch Manfred Curbach, Direktor des Instituts für Massivbau der Technischen Universität Dresden. Der Bauingenieur will nicht nur Hightech-Bauten wie Wolkenkratzer, Brücken oder spektakuläre Museen aus dem neuen Werkstoff bauen, sondern auch normale Wohnhäuser. So entstand auf dem Gelände der TU Dresden gerade das Projekt Cube, ein 220 Quadratmeter großer Experimentalbau, das weltweit erste Haus aus Carbonbeton. Es soll dem neuen Material den Weg in den Massenmarkt ebnen.

Zwar seien solche Leichtbaustrukturen minimal teurer, und auch die Klimabilanz falle auf den ersten Blick nicht positiv aus, dennoch könne der Einsatz vorteilhaft sein, sagt Curbach gegenüber EnergieWinde: „Auf die Leistung bezogen ist Carbon schon heute billiger als Stahl; und wenn man statt 400 Kilogramm Stahl nur 14 Kilogramm Carbon verwendet, ist auch die Umweltbilanz besser.“ Zudem sei Carbonbeton haltbarer und lasse sich besser recyceln.

Eignet sich Carbonbeton für die Windenergie? Die Zementindustrie arbeitet daran

Der Einsatz von Carbonbeton beim Bau von Windkraftanlagen sei angedacht, heißt es bei Holcim. Noch seien die Elemente hierzulande aber nicht zugelassen.

Manfred Curbach hat bereits ein Windkraftfundament aus Carbonbeton entworfen. „Die bisherigen Geometrien sind für Fundamente nicht geeignet, um sie mit Carbon zu bewehren. Aber wer sagt denn, dass es nicht auch materialminimierte Fundamente in Fertigteilbauweise geben könnte? Bei entsprechenden Stückzahlen ist die Verwendung ökologisch und ökonomisch absolut von Vorteil“, sagt Curbach. In seinem Büro steht bereits ein kleines Modell aus dem 3-D-Drucker.