Aus CO2 gewonnener Beton kann eine Netto-negative Zukunft schaffen

Wie können wir in einer Welt mit einer wachsenden Bevölkerung und einem entsprechend schnell wachsenden Bausektor verhindern, dass der Bau von Häusern unser Klima schädigt? Beton ist das am zweithäufigsten verbrauchte Material auf der Erde, aber sein Hauptbestandteil, Zement, ist für 7 % der weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen verantwortlich. Die Antwort könnte aus der Luft kommen – CO2-basierte Baustoffe – schreibt Eve Pope, Technologieanalystin bei IDTechEx

Der neue IDTechEx-Bericht „Carbon Dioxide Utilization 2024-2044: Technologies, Market Forecasts, and Players“ untersucht viele Möglichkeiten, abgeschiedenes Kohlendioxid aufzuwerten, um nützliche Produkte herzustellen. Unter diesen erwiesen sich aus CO2 gewonnene Baumaterialien aufgrund ihrer Leistungsverbesserungen und Kostenwettbewerbsfähigkeit sowie ihrer Nachhaltigkeitsvorteile als besonders vielversprechend. IDTechEx prognostiziert, dass bis 170 über 2 Millionen Tonnen abgeschiedenes CO2044 in Baumaterialien verwendet werden.

Kohlendioxid kann bei der Betonherstellung auf drei verschiedene Arten genutzt werden: Injektion von CO2 beim Aushärten von Betonfertigteilen, Injektion von CO2 beim Mischen von Transportbeton und Bildung von Carbonataggregaten/-additiven.

Stufen der Betonproduktion mit gekennzeichneten Nutzungsmöglichkeiten (CO2U) und Kohlenstoffabscheidung (CC). Quelle: IDTechEx

Im Gegensatz zu einigen anderen Kohlendioxidnutzungswegen, wie etwa der Umstellung auf E-Fuels, die große Mengen an Energie und grünem Wasserstoff (oft unerschwinglich teuer) erfordern, ist die grundlegende Mineralisierungschemie, die der CO2-Aufnahme bei der Betonherstellung zugrunde liegt, thermodynamisch begünstigt und energieärmer -intensiv, da stabile Metallcarbonate gebildet werden. Diese Karbonate stellen faktisch eine dauerhafte CO2-Sequestrierung dar, sodass aus CO2 gewonnene Baumaterialien gleichzeitig als Kohlendioxidnutzung und Kohlendioxidspeicherung dienen. Das Verfahren ist mit vielen verschiedenen CO2-Quellen kompatibel.

Verschwendung aufwerten

Neben CO2-Abfällen können auch feste Abfallströme mithilfe der CO2-Mineralisierungschemie zur Bildung von Carbonaten in neuen Beton umgewandelt werden. Zu den Akteuren im Bereich CO2-basierter Beton gehört beispielsweise das Schweizer Unternehmen Neustark, das die Reaktion von CO2 mit abgebrochenem Beton nutzt, um Kohlendioxid zu speichern und Betonzuschlagstoffe herzustellen. Ein anderer Zuschlagstoffhersteller, das in Großbritannien ansässige Unternehmen OCO Technology, nutzt stattdessen CO2 und Abfallstoffe aus industriellen thermischen Prozessen. Unterdessen betreibt der Baustoffriese Heidelberg Materials laufende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum Recycling von Beton unter Verwendung von CO2 zur Bildung eines Zementersatzes. Stahlschlacke wird von Unternehmen wie Carbonaide und CarbiCrete als Zementersatz bei der CO2-unterstützten Aushärtung untersucht. Zusätzliche Einnahmen können durch Abfallentsorgungsgebühren generiert werden, wobei einige CO2-basierte Betonakteure berichten, dass sie bereits Preisgleichheit mit etablierten Betreibern erreicht haben.

Beschleunigung der Akzeptanz

Die Betonproduktion ist in der Regel margenschwach und die Bereitschaft, eine grüne Prämie zu zahlen, ist gering. Daher wird der weitverbreitete Einsatz von CO2-basiertem Beton von den Akteuren der CO2-Nutzungstechnologie abhängen und einfach anwendbare Lösungen schaffen, die die bestehenden Herstellungsprozesse nur minimal stören. Bei der CO2-gestützten Aushärtung streben einige Akteure nachrüstbare Aushärtekammern an. Andernorts werden auch Plug-and-Play- und mobile Gerätelösungen kommerzialisiert.

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Im Jahr 2023 wurden mehrere ASTM-Standards zur CO2-unterstützten Aushärtung veröffentlicht, wodurch das Vertrauen in die Sicherheit und Qualität von CO2-basiertem Fertigbeton gestärkt wurde. Während viele aus CO2 gewonnene Baustoffe preislich noch nicht mit herkömmlichem Beton mithalten können, sind einige Kunden aufgrund der verbesserten Leistung (z. B. höhere Festigkeit und verbesserte Ästhetik) bereit, einen Aufpreis zu zahlen.

Über Netto-Null hinausgehen

Die direkte Aufnahme von CO2 in Beton kann ein Netto-Null-Prozess sein, wenn das Kohlendioxid aus einer fossilen Punktquelle (z. B. einem Kohlekraftwerk) stammt, oder ein Netto-negativer Prozess, wenn biogenes oder direkt aus der Luft abgeschiedenes CO2 verwendet wird. Im Jahr 2023 speicherte eine Zusammenarbeit zwischen dem Direct Air Capture (DAC)-Unternehmen Heirloom und dem Hersteller von CO2-Beton, CarbonCure, erstmals aus der Umgebungsluft abgeschiedenes CO2 in Beton.

Aber ist aus CO2 gewonnener Beton immer noch netto negativ, wenn man das bei der Zementproduktion freigesetzte CO2 berücksichtigt? Die Bildung von Metallcarbonaten bei der CO2-Mineralisierung kann die Betonfestigkeit erhöhen und die benötigte Zementmenge reduzieren. Alternativ können einige Karbonatzusätze als ergänzende zementäre Materialien dienen und Zement ersetzen. Daher können laut der Analyse der Akteure von IDTechEx mehrere kohlenstoffnegative Betonprodukte herstellen. Die dauerhafte Speicherung von CO2 in Beton ermöglicht es den Spielern, hochwertige Emissionszertifikate für Kohlendioxid auf dem freiwilligen Kohlenstoffmarkt zu verkaufen.

Daten zum CO12-Fußabdruck von 2 COXNUMX-basierten Betonakteuren. Quelle: IDTechEx

Der Weg nach vorn

Obwohl die Herstellung von CO2-basiertem Beton teurer ist als herkömmlicher Beton, können durch Abfallentsorgungsgebühren und den Verkauf von CO170-Gutschriften Einnahmen erzielt werden, wobei einige Akteure bereits berichten, dass sie Preisparität erreichen. Künftig wird eine stärkere regulatorische Unterstützung (z. B. eine höhere CO2-Bepreisung) die Einführung weiter beschleunigen, wobei IDTechEx prognostiziert, dass bis 2044 über 2 Millionen Tonnen abgeschiedenes COXNUMX in Baumaterialien verwendet werden. Da sich Lösungen zur Kohlenstoffabscheidung für Zementöfen weiterentwickeln, COXNUMX könnte aus der Zementproduktion stammen und so eine Kreislauflösung schaffen.

Weitere Informationen zum neuen IDTechEx-Bericht „Carbon Dioxide Utilization 2024-2044: Technologies, Market Forecasts, and Players“, einschließlich herunterladbarer Beispielseiten, finden Sie unter www.IDTechEx.com/CO2U.

Weitere Informationen zum CCUS-Marktforschungsportfolio (Carbon Capture, Utilization, and Storage) von IDTechEx finden Sie in den IDTechEx-Dokumenten „Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) Markets 2023-2043“ und „Carbon Dioxide Removal (CDR) Markets 2023“. -2040: Technologien, Akteure und Prognosen“ berichtet.

Über IDTechEx

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