Baustoffe:Klimafreundlicher Beton gesucht

Paketposthalle in München, 2019

Die ehemalige Paketposthalle in München war einst die größte freitragende Betonfertigteilhalle der Welt.

(Foto: Alessandra Schellnegger)

Beton ist der erfolgreichste Baustoff der Menschheit. Weil die Herstellung aber das Klima belastet, braucht es dringend einen Ersatz. Immerhin: Ein paar Ansätze sind vielversprechend.

Von Karl Urban

Ein Bagger hebt die gut 500 Kilogramm schwere Betonplatte an und zerdrückt sie wie einen Butterkeks. Auf dem Gelände eines privaten Entsorgungsbetriebs bei Stuttgart trägt ein Förderband die portionierten Brocken in einen Brecher, wo sie zu Betonkrümeln zermahlen werden. Von diesem Moment an handelt es sich nicht mehr um Abfall, sondern um Rohstoff. Es ist nur eine von mehreren Ideen, die immensen Probleme zu verringern, die Beton verursacht. Dabei ist Beton so praktisch.

Schon die Griechen und Römer verwendeten den Baustoff, allerdings noch in anderer Rezeptur als heute. Antike Betonteile brauchten Wochen, um hart zu werden. Erst der moderne Zement, der 1845 erfunden wurde, machte Beton im Gemisch mit Kies, Sand und Wasser zum wichtigsten Baustoff der Moderne. Mehr als 33 Milliarden Tonnen davon produziert die Menschheit jährlich. Dabei entstehen große Mengen vom Treibhausgas CO₂. Knapp zehn Prozent des vom Menschen freigesetzten Kohlendioxids stammen aus der Betonproduktion - fast dreimal so viel, wie der gesamte Flugverkehr in die Luft bläst.

Redet man mit Werner Sobek über Beton, wird der Bauingenieur, Architekt und emeritierte Forscher für Leichtbau sehr ernst. Für ihn ist es offensichtlich, dass wir unseren Umgang mit Beton verändern müssen und "nicht mehr so weitermachen können". Zwei Jahrzehnte lang schon versucht Sobek daher, Bauteile aus Beton neu zu erfinden.

Auf einem Tisch im "Institut für Leichtbau Entwerfen undKonstruieren" in Stuttgart zeigt er auf verschiedene Betonwürfel, mit runden, ovalen oder gewundenen Hohlräumen. Es ist Beton mit der Porenstruktur eines Schwamms, den Sobek "Gradientenbeton" nennt. Berechnungen und Experimenten zufolge ist er in einer gut gewählten Geometrie genauso tragfähig wie massiver Stahlbeton. Mit 50 bis 70 Prozent weniger Baustoff kommt der Porenbeton aus Stuttgart aus. Aber noch zögern Bauherren und Behörden, ihn einzusetzen. Hält das Leichtmaterial so lange wie das Original?

"Wenn man ein anderes Material einsetzt, hat es tatsächlich die gleiche Tragfähigkeit?", fragt sich auch Rolf Bickelmann. Das städtische Hochbauamt von Tübingen, das er leitet, war 2015 energetisch völlig veraltet und viel zu klein. Die Planer ließen jedoch nur einen Teil des alten Zweckbaus abbrechen, das alte Satteldach und einige Zwischenwände. Der Abraum wurde zerkleinert, gemahlen und wieder zu neuem Beton für den Anbau aufbereitet. Handwerker lobten das Material, das keinen Unterschied zu Frischbeton erkennen ließ. Das Resultat ist ein freundlicher Bau mit runder Klinkerfassade, unter der viel Recyclingbeton steckt.

Das Problem ist eine chemische Reaktion im Ofen

Aber wurde dabei CO₂ eingespart? Der zerkleinerte Altbeton wurde im Betonwerk mit frischem Zement, Wasser und Sand vermengt. Das heißt, der Beton-Kies ist der einzige echte recycelte Rohstoff. Damit hilft der Recyclingbeton zwar prinzipiell, Rohstoffe zu sparen, stellte eine Studie der Technischen Universität Cottbus fest. Doch in der CO₂-Bilanz des Betons spielt der Transport der Zuschlagsstoffe, von Kies und Sand, nur eine winzige Rolle. Mehr als 98 Prozent der CO₂-Emissionen des Betons stammen aus einer ganz anderen Quelle, nämlich aus der Zementherstellung.

Zement ist ein wahres Wundermaterial. Gemeinsam mit Stahl ermöglichte er erst Betonbauten im heutigen Sinne. Jede Autobahnbrücke und jeder Wolkenkratzer verdankt seine immense Festigkeit der modernen Variante namens Portlandzement. Der ist einfach herzustellen und zu transportieren - und er ist billig. Klimaverträgliche Alternativen schienen lange fern zu sein, wenn es auch zahlreiche mehr oder weniger seriöse Versprechen gab, von anderen Rohstoffen bis zu Zementrezepturen, die sogar CO₂ aus der Atmosphäre saugen. Nichts davon hat sich durchgesetzt.

Zementwerke arbeiten heute mit röhrenförmigen Öfen, die oft mehr als hundert Meter lang sind und die vor allem Kalkstein und Ton verarbeiten. Bei 1450 Grad Celsius entsteht aus diesen Rohstoffen der Zementklinker - ein Material, das in gemahlener Form so reaktionsfreudig ist, dass sich alle Betonzutaten auf der Baustelle zu festem Gestein verbinden. Um die Herstellung von Klinker klimafreundlicher zu machen, wurde bereits einiges getan. Die Drehrohröfen werden nicht mehr mit Kohle beheizt, sondern mit Autoreifen, Altöl, Tiermehl oder gebrauchten Lösungsmitteln. Diese Stoffe verbrennen bei 1450 Grad auch gleich rückstandslos. Auch Wasserstoff wäre denkbar. Aber all das ändert nur wenig an der CO₂-Bilanz.

Das Problem ist eine chemische Reaktion im Drehrohrofen. Der im Kalkstein gebundene Kohlenstoff wird dabei frei. Das lässt sich nur durch andere Rohstoffe verhindern, weshalb dem Zementklinker zunehmend Schlacke aus Stahlwerken und Flugasche aus Kohlekraftwerken beigemischt werden. Aber das Angebot dieser Reststoffe ist fast ausgereizt, und die Tage vieler Kohlekraftwerke sind ohnehin gezählt.

Könnte Ton eine Lösung sein?

Vor einigen Jahren wurde Karen Scrivener, Zementchemikerin an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne, von einem Kollegen angerufen, einem Professor in Kuba, der sie unbedingt besuchen wollte. Auf der Insel gibt es kaum Hochofenschlacke oder Flugasche, um sie dem Zement beizumischen. Nur Ton, in Form des natürlich vorkommenden Gesteins, gibt es reichlich. Experimente in der Schweiz zeigten, dass diese Tone, mit etwas Kalk versetzt, ein sehr reaktives Material und damit einen Zementklinker ergeben, der mit 800 Grad Celsius deutlich niedrigere Temperaturen benötigt. Vor allem aber entsteht bei chemischen Reaktionen während des Brands im Ofen nur noch ein Drittel bis ein Viertel der CO₂-Emissionen im Vergleich zur Herstellung von gewöhnlichem Zementklinker.

Ton gibt es nicht nur auf Kuba reichlich, sondern weltweit. Zement aus kalzinierten Tonen ist mittlerweile einsatzbereit. Und doch dominiert noch immer Portlandzement auf allen Baustellen. In Deutschland werden Gebäude dank strenger Gesetze so gut gedämmt wie nie zuvor, aber der Energieverbrauch bei der Betonherstellung, die "Graue Energie", ist weiterhin nicht eingepreist. Im Sommer 2020 verabschiedete der Bundestag ein neues Gebäudeenergiegesetz, aber Instrumente zum Betonsparen enthält es nicht. Dabei könnten Gradientenbeton und neue Zementtypen den immensen CO₂-Fußabdruck der Betonindustrie bei gleich bleibender Bauaktivität um 60 bis 70 Prozent senken, Recyclingbeton dazu die Nachfrage nach knapper werdenden Rohstoffen.

Die globale Zukunft des Betons wird aber ohnehin nicht auf Baustellen in Tübingen, Stuttgart oder Brüssel entschieden. Europa verbaut heute nur etwa fünf Prozent des weltweiten Zements. 90 Prozent entfallen auf ärmere Länder. Umweltfreundlich hergestellte Baustoffe können den Bedarf derzeit lediglich ergänzen. Würde man nur 25 Prozent der jährlich verbauten Betonmenge durch Holz ersetzen wollen, müsste man jedes Jahr einen neuen Wald pflanzen, der anderthalb mal so groß ist wie die Fläche Indiens. "Das ist einfach unmöglich", sagt Karen Scrivener. Hinzu kommt, dass die Bevölkerung in Afrika und Teilen Asiens weiter wächst. Der Bedarf für neue Wohnhäuser, Schulen und Klärwerke ist ungebrochen. Ohne einen Betonwandel, ohne einen effizienteren Einsatz des erfolgreichsten Materials der Menschheit, sind die gesteckten Ziele für den globalen Klimaschutz kaum zu erreichen.

© SZ
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