Alternative cementopskrifter - En opskrift på øko-beton

Det er det mest udbredte produkt i verden. Cement er uundværlig, men dets omdømme er blevet ret plettet i løbet af den igangværende klimadebat. Blandet med vand, sand og grus, det resulterer i beton, som vores moderne verden er bygget på. Imidlertid, det sparsommelige materiale er i rampelyset primært på grund af en anden egenskab:Produktionen af ​​et ton cement forårsager ca.

700 kg kuldioxid (CO ₂ ), der udsendes i atmosfæren. Dette er mindre end i tilfælde af, sige, stål- eller aluminiumsproduktion. Men det er den store mængde, der gør forskellen. Hvert år, vi producerer omkring tolv kubikkilometer beton på verdensplan, en mængde, der helt kunne fylde Lucerne-søen - hvert år på ny. Og tendensen er stigende.

Andelen af ​​den globale CO2-udledning forårsaget af cementindustrien er i øjeblikket omkring syv procent. Imidlertid, dette vil sandsynligvis stige i fremtiden, efterhånden som efterspørgslen vokser i Asien og i stigende grad også i Afrika, mens produktionen i Europa er mere eller mindre stabil. Så det er på høje tid at lede efter en cement, der tilbyder mennesker boliger og infrastruktur, men tager stadig hensyn til miljøaspekter og kan produceres i overensstemmelse med vores klimamål. De Forenede Nationers Miljøprogram (UNEP) opfordrer også til øjeblikkelig udvikling og brug af nye cementbaserede materialer, der er mere klimavenlige og samtidig omkostningseffektive. Empa -forskere arbejder således på alternative cement- og betontyper, der producerer mindre skadelig drivhusgas eller endda kan binde CO ₂ .

"Cement brændes traditionelt i en roterovn ved omkring 1450 grader Celsius, "siger Empa -forsker Frank Winnefeld fra Empas beton- og asfaltlaboratorium. Selvom fossile brændstoffer kan erstattes af alternative energier, "med en gennemsnitlig substitutionsgrad på 50 procent med nutidens teknologier, besparelsespotentialet er allerede ret opbrugt, i hvert fald i Europa, siger Winnefeld. der kunne spares mere energi ved at bruge råvarer, der kræver en lavere forbrændingstemperatur. En lovende kandidat er CSA-cement fremstillet af calciumsulfoaluminat. Det kræver en brændingstemperatur, der er 200 grader lavere og udleder omkring 200 kg mindre CO2 pr. ton cement. Men reduktionen i udledningen af ​​drivhusgasser skyldes ikke kun den lavere fyringstemperatur. En stor del af klimafordelen ved CSA cement skyldes den lavere mængde kalksten i råvareblandingen.

Kæmpe efterspørgsel

Kalksten er ansvarlig for hovedparten af ​​CO2-emissionerne gennem en kemisk reaktion under cementproduktion. Dermed, at reducere andelen af ​​kalksten er et interessant aspekt i udviklingen af ​​øko-cement. Ud over CSA cement, forskere ser på substituerende bestanddele, der akkumuleres som affaldsmaterialer i andre industrier.

Disse omfatter slagger fra højovne, der bruges til fremstilling af råjern og flyveaske, der er tilbage fra kulforbrænding. Begge produkter kan blandes med cement for at hjælpe med at reducere CO2-emissioner.

Men disse sekundære råvarer kan ikke imødekomme industriens gigantiske efterspørgsel. Empa-forskere er, derfor, bryder ny vej og identificerer industrigrene, hvis rester stadig er lidt brugt. "Den metallurgiske genvinding af ædelmetaller fra elektronisk affald efterlader en slagge af høj kvalitet, som også kan blandes med cement i pulverform, " forklarer Winnefeld. Hvis slaggens tungmetalindhold overholder de lovmæssige standarder, denne cement kunne også bruges i Schweiz. Den gode nyhed er, at sedimentet fra "byminen" fra resterne af vores nedlagte mobiltelefoner og computere vil fortsætte med at vokse i fremtiden. Ifølge Winnefeld, det er også muligt at anvende mineralsk byggeaffald til cementtilsætninger.

Typen af ​​tilsætningsstoffer i cement kunne endda ændres på en sådan måde, at forbrændingsprocessen helt kunne elimineres. I såkaldt alkali-aktiveret cement, komponenter som slagge, aske eller brændt ler animeres til den ønskede kemiske reaktion af stærke alkaliske opløsninger såsom natriumsilicater. Produkterne fra denne reaktion kombineres derefter til et materiale, hvis trykstyrke svarer til forbrændt, konventionel cement.

Klimagas fanget i beton

Evnen til at binde CO2 i beton i stedet for at frigive det er også en genial egenskab. En CO ₂ -negativ beton ville være en sand klimaven. Empa-forskere arbejder på en magnesiumbaseret cement, der skal danne grundlag for denne øko-beton. Ressourcer til råvaren er tilgængelige i områder, hvor der findes magnesiumholdig olivin i jorden. Mineralet findes hovedsageligt dybt i jordens kappe. Imidlertid, hvis det transporteres til overfladen ved vulkansk aktivitet, for eksempel i Skandinavien, det kan nedbrydes. Ved cementproduktion fra olivin, CO2 tilsættes derefter til det rå magnesiumsilicat. Og da kun en del af materialet brændes i et efterfølgende forarbejdningstrin, samlet set produceres der mindre CO2 end tidligere forbrugt. Og selvom produktet allerede bærer et iørefaldende navn ("MOMS", Magnesiumoxid afledt af silikater), dens egenskaber er stadig stort set uudforskede.

Voksende mangfoldighed

For at sikre, at sådanne fremgangsmåder ikke ender som nicheprodukter, men kan produceres industrielt og omkostningseffektivt, minutiøse analyser skal vise, at øko-cement lever op til de samme krav som konventionelle produkter. Mange alternative cementtyper mangler i øjeblikket de enkle opskrifter til tilføjelse af nye bestanddele eller ændring af fremstillingsprocesser uden at gå på kompromis med de eftertragtede egenskaber ved traditionel cement. Så længe den mindst tilsvarende ydeevne af øko-cement ikke kan påvises uden tvivl, den klassiske Portland cement, et billigt og velkarakteriseret byggemateriale, vil forblive det foretrukne materiale for civilingeniører.

Cementforskere ved Empa analyserer i øjeblikket kemiske blandingsforhold og overensstemmelseskriterier såsom styrken og holdbarheden af ​​nye typer cement, baner vejen for godkendelser, der overholder standarder. Disse omfatter undersøgelser i lille og gigantisk skala. Ud over kemiske undersøgelser, mikroskopiske analyser og termodynamisk modellering, hvormed reaktionerne inde i cement undersøges, bæreevnen af ​​store komponenter fremstillet af forskellige typer cement sammenlignes også. "Industrielle processer skal optimeres, da de i mange tilfælde stadig er for dyre, " siger Winnefeld. Det er klart, imidlertid, at alternative cementtyper kan bruges til at fremstille beton med en sammenlignelig eller endnu bedre holdbarhed.

I hvert fald en udvikling er allerede ved at dukke op:Udvalget af cement- og betonprodukter vil øges i fremtiden. For byggematerialeproducenter, denne mangfoldighed fører til øgede krav. I øvrigt, Winnefeld er sikker på, at brugen af ​​sekundære råvarer ville gøre lokale løsninger mere attraktive, hvis der ikke var transportruter, for eksempel fordi der produceres passende industrielle restprodukter i nærheden af ​​en cementfabrik.

Betonproduktion er ansvarlig for omkring 6 % af de menneskeskabte CO2-emissioner globalt, i Schweiz selv for 9 %. I gør-det-selv-sektoren, beton blandes ved hjælp af simple tommelfingerregler. For eksempel, 300 kg cement, 180 l vand og 1890 kg tilslag giver en kubikmeter beton. Betonens CO2-udledning kommer i høj grad fra cementindholdet:cement skal brændes ved 1450 grader, hvorved mineralbundet CO ₂ opløses fra kalkstenen. I hele verden, Der produceres 2,8 milliarder tons cement årligt.