Ultraschallgestützte Produktion der Betonfertigteile mit Vorzeigefunktion der Minderung von Umweltbelastungen und der CO2-Emission durch Verzicht auf Wärmebehandlung und Einsatz klinkerarmer Zemente
Klimafreundliche Herstellung von Betonfertigteilen durch Hochleistungsultraschall
Umweltentlastung
Umweltentlastung
Kurzbeschreibung
Die MATTIG & LINDNER GmbH ist ein mittelständisches Bauunternehmen mit Sitz in Forst/Lausitz und in den Bereichen Hochbau, Hallenbau, Betonfertigteilherstellung, Transportbeton und Bewehrungsbau tätig.
Die Betonherstellung ist für acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Gründe dafür sind der hohe Energiebedarf durch hohe Klinkerbrandtemperaturen sowie die dabei stattfindende Entsäuerung des eingesetzten Kalksteins. Beton besteht aus Zement, Wasser, Sand, Kies und chemischen Zusatzstoffen. Für die hohe CO2-Last der Betonherstellung ist der Zement verantwortlich. Bei der Zementherstellung wird Kalkstein und Ton sehr fein gemahlen und bei Temperaturen über 1.500 Grad Celsius zu Klinker, der reaktiven Komponente des Zements, gebrannt. Das im Kalkstein gebundene CO2 wird dadurch freigesetzt. Mit der Herstellung von Portlandzement geht die Freisetzung von bis zu einer Tonne CO2 pro Tonne Zement, je nach eingesetzten Brennstoffen, einher. Bei einem Jahresoutput von 3.000 – 5.000 Kubikmeter Beton und Einsatz von ca. 350 Kilogramm Zement pro Kubikmeter Beton werden bei ausschließlicher Nutzung von Portlandzement bis zu 1.050 und 1.750 Tonnen CO2 pro Jahr emittiert.
In der Betonfertigteilproduktion sind schnelle Taktzeiten erforderlich. Die Betonteile müssen eine hohe Frühfestigkeiten aufweisen, damit das Produkt früh entschalt werden kann. Um diese zu erreichen wird nach Stand der Technik ein hoher Zementgehalt eingesetzt. Die damit erreichte Endfestigkeit liegt in der Regel über dem konstruktiv notwendigen Maß. Dies führt zu einem Überverbrauch an Zement und somit zu vermeidbaren CO2-Emissionen. Technisch betrachtet kann dieses Problem durch die Zugabe von Chemikalien („Beschleunigern“) zumindest teilweise umgangen werden. Diese Zusatzstoffe sind jedoch aufwändig in der Herstellung und erdölbasiert, nur bei bestimmten Randbedingungen einsetzbar und erfordern eine energieaufwändige Wärmebehandlung in der kalten Jahreszeit, um ihre Wirkung entfalten zu können.
Die MATTIG & LINDNER GmbH verfolgt in diesem Vorhaben eine physikalische Behandlungsmethode, die auf Chemikalien und Wärmebehandlung verzichtet und prozessstabil ist. Der Betonmischung wird eine Vormischanlage mit einer Hochleistungsultraschallanlage vorgeschaltet. Mit dem Hochleistungsultraschall als eine Art Katalysator soll die Zementhydratation angeregt werden, was zu einer besseren Dispergierung des Zementes in der Betonmischung führt, so dass mehr Zementkornoberfläche für die Abbindereaktion zur Verfügung steht. Darüber hinaus wird die Bildung der festigkeitsgebenden Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen beschleunigt. Bei gleicher Abbindedauer und gleicher Frühfestigkeit des Betons kann zum einen der Zementanteil reduziert werden und zum anderen können Zemente mit geringerem Klinkeranteil, in denen der Klinker teilweise durch beispielsweise Kalksteinmehl ersetzt wird, eingesetzt werden. Zudem kann dadurch auch auf eine bisher durchgeführte Wärmebehandlung der Betonfertigteile verzichtet werden.
Bei einer Jahresproduktion von 3.500 Kubikmeter Beton im Jahr 2022 und einem durchschnittlichen Zementgehalt von ca. 340 bis 380 Kilogramm Zement pro Kubikmeter Beton bedeutet dies einen Einsatz von ca. 1.200 Tonnen Zement. Der aktuelle Zementmix bei MATTIG & LINDNER ergibt damit einen Klinkereinsatz von 1.072 Tonnen. Mit dem neuen Verfahren soll der Klinkereinsatz auf etwa 785 Tonnen reduziert werden, sowohl durch die Reduktion der Gesamtmenge an Zement um 10 Prozent als auch über den Einsatz klinkerärmerer Zemente. Bei einer Emissionsannahme von 909 Tonnen CO2 pro Jahr sollen durch die Hochleistungsultraschallbehandlung rund 250 Tonnen an CO2 eingespart werden, dies entspricht einer Einsparung von rund 25 Prozent. Durch den Wegfall der Wärmebehandlung können zudem jährlich 35.000 Liter Erdgas und damit weitere 60 Tonnen CO2 eingespart werden. In Summe werden prozess- und energiebedingt rund 310 Tonnen an CO2 pro Jahr eingespart, dies entspricht rund 34 Prozent der CO2-Emissionen.
Das Vorhaben reduziert modellhaft die Emission von CO2 und erfüllt so als eine der wenigen technischen Einflussmöglichkeiten in der Betonherstellung die Anforderungen des Klimaschutzprogramms der Bundesregierung. Das Verfahren ist auf alle Fertigteilbauwerke übertragbar und besitzt damit einen hohen Modellcharakter.