Det är den mest använda produkten i världen. Cement är oumbärligt men dess rykte har blivit ganska smutsigt under den pågående klimatdebatten. Blandat med vatten, sand och grus, det resulterar i betong, som vår moderna värld bygger på. Dock, det sparsamma materialet är i rampljuset främst på grund av en annan egenskap:Produktionen av ett ton cement orsakar runt

700 kg koldioxid (CO ₂ ) som avges i atmosfären. Detta är mindre än i fallet med, säga, tillverkning av stål eller aluminium. Men det är den stora mängden som gör skillnaden. Varje år, vi producerar runt tolv kubik kilometer betong över hela världen, en mängd som helt kan fylla Lucerne -sjön - varje år på nytt. Och trenden stiger.

Andelen globala CO2 -utsläpp orsakade av cementindustrin är för närvarande cirka sju procent. Dock, detta kommer sannolikt att öka i framtiden, eftersom efterfrågan ökar i Asien och alltmer också i Afrika, medan produktionen i Europa är mer eller mindre stabil. Så det är hög tid att leta efter en cement som erbjuder människor bostäder och infrastruktur, men tar ändå hänsyn till miljöaspekter och kan produceras i enlighet med våra klimatmål. FN:s miljöprogram (UNEP) efterlyser också omedelbar utveckling och användning av nya cementbaserade material som är mer klimatvänliga och samtidigt kostnadseffektiva. Empa -forskare arbetar alltså med alternativa typer av cement och betong som producerar mindre skadlig växthusgas eller till och med kan binda CO ₂ .

"Cement bränns traditionellt i en roterande ugn vid cirka 1450 grader Celsius, "säger Empa -forskaren Frank Winnefeld från Empas betong- och asfaltlaboratorium. Även om fossila bränslen kan ersättas av alternativa energier, "med en genomsnittlig substitutionsgrad på 50 procent med dagens teknik, besparingspotentialen är redan ganska uttömd, åtminstone i Europa, "säger Winnefeld. Men mer energi kan sparas genom att använda råvaror som kräver en lägre brinnande temperatur. En lovande kandidat är CSA -cement tillverkat av kalciumsulfoaluminat. Det kräver en bränningstemperatur som är 200 grader lägre och släpper ut cirka 200 kg mindre CO2 per ton cement. Men minskningen av växthusgasutsläpp beror inte bara på den lägre eldningstemperaturen. En stor del av klimatfördelen med CSA -cement beror på den lägre mängden kalksten i råvarumixen.

Stor efterfrågan

Kalksten ansvarar för huvuddelen av koldioxidutsläppen genom en kemisk reaktion under cementproduktion. Således, Att minska andelen kalksten är en intressant aspekt vid utveckling av ekocement. Förutom CSA -cement, forskare tittar på ersättningskomponenter som ackumuleras som avfallsmaterial i andra industrier.

Dessa inkluderar slagg från masugnar som används vid produktion av råjärn och flygaska från kolförbränning. Båda produkterna kan blandas med cement för att minska CO2 -utsläppen.

Men dessa sekundära råvaror kan inte möta branschens gigantiska efterfrågan. Empa -forskare är, därför, bryta ny mark och identifiera industrigrenar vars rester fortfarande används lite. "Metallurgisk återvinning av ädelmetaller från elektroniskt avfall lämnar en slagg av hög kvalitet som också kan blandas med cement i pulverform, "förklarar Winnefeld. Om slaggens tungmetallinnehåll överensstämmer med de lagliga standarderna, denna cement kan också användas i Schweiz. Den goda nyheten är att sedimentet från "stadsgruvan" från resterna av våra nedlagda mobiltelefoner och datorer kommer att fortsätta att växa i framtiden. Enligt Winnefeld, det är också möjligt att använda mineraliskt byggavfall för cementblandningar.

Typen av tillsatser i cement kan till och med ändras på ett sådant sätt att förbränningsprocessen helt kan elimineras. I så kallad alkali-aktiverad cement, komponenterna såsom slagg, aska eller kalcinerad lera animeras till önskad kemisk reaktion med starka alkaliska lösningar såsom natriumsilikater. Produkterna från denna reaktion kombineras sedan för att bilda ett material vars tryckhållfasthet motsvarar den för brända, konventionellt cement.

Klimatgas fångas upp i betong

Möjligheten att binda CO2 i betong istället för att släppa den är också en genial funktion. Ett CO ₂ -negativ betong skulle vara en sann klimatvän. Empa-forskare arbetar med ett magnesiumbaserat cement som ska utgöra grunden för denna miljöbetong. Resurser för råvaran finns tillgängliga i regioner där magnesiuminnehållande olivin finns i jorden. Mineralet finns främst djupt i jordens mantel. Dock, om den transporteras till ytan genom vulkanisk aktivitet, till exempel i Skandinavien, det kan försämras. Vid cementproduktion från olivin, CO2 tillsätts sedan till det råa magnesiumsilikatet. Och eftersom bara en del av materialet bränns i ett efterföljande bearbetningssteg, totalt produceras mindre CO2 än vad som tidigare förbrukats. Och även om produkten redan har ett catchy namn ("MOMS", Magnesiumoxid härledd från silikater), dess egenskaper är fortfarande i stort sett outforskade.

Växande mångfald

För att säkerställa att sådana metoder inte hamnar som nischprodukter, men kan tillverkas industriellt och kostnadseffektivt, noggranna analyser måste visa att ekocement uppfyller samma krav som konventionella produkter. Många alternativa cementtyper saknar för närvarande de enkla recepten för tillsats av nya beståndsdelar eller modifiering av tillverkningsprocesser utan att äventyra de eftertraktade egenskaperna hos traditionellt cement. Så länge som det minst likvärdiga prestanda för ekocement inte kan bevisas utan tvekan, det klassiska Portland -cementet, ett billigt och väl karakteriserat byggmaterial, kommer att förbli det valda materialet för civilingenjörer.

Cementforskare på Empa analyserar för närvarande kemiska blandningsförhållanden och överensstämmelsekriterier som styrka och hållbarhet för nya typer av cement, banar väg för godkännanden som överensstämmer med standarder. Dessa inkluderar utredningar i liten och gigantisk skala. Förutom kemiska undersökningar, mikroskopiska analyser och termodynamisk modellering, med vilka reaktionerna inuti cement undersöks, bärförmågan hos stora komponenter av olika typer av cement jämförs också. "Industriella processer måste optimeras, eftersom de fortfarande är för dyra i många fall, "säger Winnefeld. Det är klart, dock, att alternativa cementtyper kan användas för att producera betong med jämförbar eller ännu bättre hållbarhet.

Hur som helst, en utveckling är redan på gång:Sortimentet av cement- och betongprodukter kommer att öka i framtiden. För tillverkare av byggmaterial, denna mångfald leder till ökade krav. Dessutom, Winnefeld är säker på att användningen av sekundära råvaror skulle göra lokala lösningar mer attraktiva om det inte fanns några transportvägar, till exempel för att lämpliga industriella rester produceras nära en cementfabrik.

Betongproduktionen står för cirka 6% av de konstgjorda CO2-utsläppen globalt, i Schweiz till och med för 9%. Inom gör-det-själv-sektorn, betong blandas med enkla tumregler. Till exempel, 300 kg cement, 180 l vatten och 1890 kg aggregat producerar en kubikmeter betong. Betongens CO2 -utsläpp kommer till stor del från cementhalten:cement måste brännas vid 1450 grader, varigenom mineralbunden CO ₂ löser sig från kalkstenen. Över hela världen, 2,8 miljarder ton cement produceras årligen.