Beton-Recycling zur Verkleinerung des CO2-Fußabdrucks der Bauindustrie

Bild 1: Laut Bundesumweltamt gab es 2020 in Deutschland 76,9 Mio. t Bauschutt, von denen 63 Mio. t recycelt wurden. Die überwiegende Menge wird im Straßen- und Erdbau eingesetzt, nur 15 Mio. t landen als Gesteinskörnung in der Asphalt- und Betonherstellung.

Bild 2: Bei der reCO2ver-Technologie von Sika wird der Altbeton in die Einzelteile Kiesel, Sand und Zemensteinpulver zerlegt, zudem wird CO₂ gebunden.

Bild 3: Die Pilotanlage von Sika besteht aus vier Modulen, die die Größe eines Überseecontainers haben, sowie einer vorgeschalteten Förderanlage und einem nachgelagerten Siebmodul.

Laut Bundesumweltamt gab es 2020 in Deutschland 76,9 Mio. Tonnen Bauschutt, von denen 63 Mio. Tonnen recycelt wurden. Doch die überwiegende Menge wird im Straßenbau (38,7 t) und Erdbau (17,7 t) eingesetzt, nur 15 Mio. Tonnen landen als Gesteinskörnung in der Asphalt- und Betonherstellung (Quelle). Dabei ließe sich das Granulat aus Abrissbeton gut für die Herstellung von neuem Beton verwenden. Dafür wird der Betonabbruch aus dem Rückbau zerkleinert, von Fremdmaterial gereinigt und entsprechend der Korngröße sortiert.

Der Einsatz von Recyclingbeton reduziert den Abbau von Kies und den Schwerlastverkehr auf der Straße durch kürzere Transportwege. Seinen Einsatz lassen die entsprechenden Normen seit wenigen Jahren zu, dennoch kommt er kaum in Ausschreibungen vor. Anders sieht es in den USA, Belgien, der Niederlande oder der Schweiz aus, wo bereits bis 15% der Betonmengen als Recyclingbeton verbaut werden.

Betonhersteller dürfen bis zu 45 % der Gesteinskörnung durch Recyclingmaterial ersetzen, das den Normen DIN EN 12620, DIN 4226-101 und DIN 4226-102 genügt, bei höherer Umweltbeanspruchung 25%. Die Deckelung hängt von der Expositionsklasse ab. Anders sieht es beispielsweise in der Schweiz aus – dort dürfen 100% Recyclingbaustoffe beigemischt werden.

Große Hoffnungen ruhen in der Branche auch auf der Möglichkeit, bei der Aufbereitung von Betonschutt CO₂ zu speichern. Sika hat dafür in Weiach in der Nähe von Zürich eine Pilotanlage errichtet. Sie besteht aus vier Modulen, die die Größe eines Überseecontainers haben, sowie einer vorgeschalteten Förderanlage und einem nachgelagerten Siebmodul. Vorgebrochenes Material wird in Big-Bags angeliefert und über ein Förderbandsystem in das Herzstück der Anlage, der Kugelmühle, transportiert. Dort wird der gebrochene Altbeton mit Hilfe von Metallkugeln im Schwerkraftprinzip weiter zerkleinert und an Sand und Aggregaten anhaftender Zementstein abgerieben. Anschließend wird das Material automatisch aus der Mühle befördert. Dabei besteht die Möglichkeit, durch Anpassung verschiedener Parameter wie der Füllhöhe des Materials, des Materialdurchsatzes und der spezifischen Abreibbedingungen die Anlage auf das Eingangsmaterial anzupassen und somit die Eigenschaften des Ausgangsmaterials zu beeinflussen. Das behandelte Material wird anschließend über weitere Förderbänder in die Siebanlage transportiert und entsprechend der gewünschten Korngröße aufgeteilt. Zusätzlich wird der entstandene Zementsteinstaub aus der Mühle abgesaugt und einem luftdichten System in vorbereitete Behälter zugeführt. Das in der Anlage gewonnene Recyclingmaterial weist einen erheblich niedrigeren Anteil an Zementsteinanhaftungen auf und ist dadurch in vielfältigen Anwendungen einsetzbar. Darüber hinaus haben Versuche von Sika gezeigt, dass ein gewisser Anteil des entstandenen Zementsteinstaubs bei der Herstellung von Beton eingesetzt werden kann und damit eine Reduzierung des verwendeten Zements möglich ist, wodurch der CO₂-Fußabdruck der neuen Produkte gesenkt werden kann.

Neben der hohen Qualität des Recyclingmaterials bietet die Anlage die Möglichkeit, eine CO₂-Sequestrierung durchzuführen. Der gewonnene Zementsteinstaub wird dazu mit reinem CO₂ beaufschlagt und rekarbonisiert in dieser Umgebung, d.h., er nimmt CO₂ auf und speichert es ab. Die bisher durchgeführten Versuche im Labormaßstab haben ergeben, dass eine Aufnahme von 50-60 kg CO₂ je Tonne Zementsteinstaub realisierbar ist.

Dr. Carsten Rieger, Corporate Market Development Manager des Geschäftsbereiches Concrete (Betonzusatzmittel) bei der Sika AG in Zürich, erklärt: „Die reCO2ver-Technologie ermöglicht uns, eine vollständige Kreislaufwirtschaft beim Beton zu erreichen.“

Mit dem neuen Verfahren können Betonabfälle vollständig wiederverwendet
werden und landen beispielsweise nicht mehr in Mülldeponien. Bei den bisherigen Versuchen – basierend auf alternativen Verfahren der Rezyklierung von Altbeton – war die Wiederverwertungsrate eher gering, und nur 30% der rezyklierten Rohstoffe konnten als Ersatz für Primärmaterial in Strukturbeton verwendet werden. Die Innovation von Sika ermöglicht zukünftig die Produktion eines hochleistungsfähigen Betons bei gleichzeitig hoher CO₂-Bindung. 

Was unterscheidet reCO2ver von anderen Betonrecyclingverfahren?

Beim herkömmlichen Betonrecycling wird der alte Beton in unterschiedlich große Stücke mit einem Durchmesser von bis zu 32 Millimetern zerkleinert. Diese Bruchstücke werden als Zuschlagstoff für neuen Beton verwendet. Das hat viele Nachteile, da diese Bruchstücke eine größere Oberfläche und eine höhere Porosität als Zuschlagstoffe aus Urgestein haben. Mit dem reCO2ver-Verfahren werden die Gesteinsbrocken in ihre Bestandteile, nämlich die Steine und das Zementsteinmehl, zerlegt. Außerdem reagiert das Zementsteinmehl mit dem CO₂ (Karbonisierung) und bindet es an das Pulver.

Was unternimmt Sika, um neben der Pilotanlage den Bau größerer, kommerziell tragfähigerer Anlagen zu fördern?

Die zunächst durchgeführten Versuche in der Pilotanlage haben die Effizienz des Prozesses bestätigt. In der Pilotphase wurden bereits Versuche mit Material von Kunden durchgeführt, die ebenfalls gezeigt haben, dass der reCO2ver Prozess erhebliche Vorteile beim Recycling erwirkt. Die gewonnen Erkenntnisse aus der Pilotphase sind in ein Design für eine mögliche Großanlage eingeflossen.

Werden sich auch Schwellenländer solche Anlagen leisten können, oder bleiben sie den Industrienationen vorbehalten?

Diese Anlagen werden überall dort interessant sein, wo es einen Markt für das Recycling von Beton gibt und eine Infrastruktur für das Sortieren und Zerkleinern von Betonabfällen vorhanden ist. Im Moment trifft dies in erster Linie auf die Industrieländer zu. Sobald jedoch in den Schwellenländern Anreize für das Betonrecycling geschaffen werden und sich somit ein Markt entwickelt, werden reCO2ver-Anlagen auch dort wirtschaftlich sinnvoll sein. Der Investition in die Anlage muss der Mehrwert gegenübergestellt werden, den sie bietet. Dieser liegt im Wert des zurückgewonnenen Materials und indirekt durch das im Material gebundene CO₂.

Welches kommerzielle Interesse hat Sika an der Verbreitung dieser reCO2ver-Technologie?

Sika will mit dieser Technologie die CO2-Emissionen in der Bauindustrie reduzieren. Zudem sind wir Inhaber des Verfahrenspatents und damit berechtigt, das Verfahren zu lizenzieren. Weitere Chancen ergeben sich aus dem Einsatz von Additiven zur Qualitätssteigerung der wiedergewonnenen Materialien und aus dem Verkauf von CO₂-Zertifikaten.

Was ist das Besondere an den Sika-Additiven, die im Zusammenhang mit dem reCO2ver-Verfahren eingesetzt werden?

Sika hat verschiedene Zusatzmittel entwickelt, die neben dem reCO2ver-Verfahren unseren Kunden helfen, Recyclingbeton effizient herzustellen und den CO₂-Fußabdruck des Betons zu reduzieren. Dazu gehören Additive, die die Verarbeitbarkeit des Recyclingbetons beeinflussen sowie die Qualität des zurückgewonnenen Pulvers aus dem reCO2ver-Prozess verbessern, um seine Leistung als Zementersatz zu optimieren.

Was sind die Erkenntnisse aus der Pilotphase?

Die Pilotphase konnte im vergangenen Jahr erfolgreich abgeschlossen werden. Das heißt, es konnte klar gezeigt werden, dass der reCO2ver-Prozess im großen Maßstab und unter realen Bedingungen mit Betonabbruchmaterial funktioniert. Der Wasseranspruch des Recyclingmaterials konnte deutlich (-60%) reduziert und das separierte Pulver mit ca. 15kg CO₂ pro Tonne Abbruchmaterial beaufschlagt werden. Darüber hinaus konnten einige Erkenntnisse gewonnen werden, wie der Prozess effizienter gestaltet werden kann. Diese sind bereits in ein Design einer Großanlage eingeflossen, welches wir nun unseren Kunden zur Verfügung stellen können.

Welche Resonanz erwarten Sie für das Betonrecycling und die Verwendung von Recyclingbeton?
Haben Sie bereits Rückmeldungen aus der Industrie erhalten?

Die Unternehmen, die bereits im Betonrecycling tätig sind, sind sehr an der reCO2ver-Technologie interessiert, da sie das Betonrecycling erheblich vereinfachen und wirtschaftlich rentabler und nachhaltiger machen wird. Wir sehen, dass Betonrecycling überall dort eingeführt wird, wo es ein politisches Bekenntnis dazu gibt und die entsprechenden gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen wurden.

Glauben Sie, dass politische Anreize oder Vorschriften erforderlich sind, um das Betonrecycling zu fördern?

Es gibt bereits Vorschriften zur Reduzierung der CO₂-Emissionen, und die reCO2ver-Technologie ist eines der wenigen Verfahren, das CO₂ "sequestriert" – also bindet. Dies liegt im Interesse aller Beteiligten. Regelungen, die das Betonrecycling gezielt fördern, wären daher aus unserer Sicht sinnvoll.

Wie hoch würden Sie das Marktpotenzial für reCO2ver beziffern?

Allein in Europa fallen jedes Jahr rund 300 Millionen Tonnen Betonabfälle an. Weltweit gehen wir von einem Volumen von etwa 600 Millionen Tonnen pro Jahr aus. Wir schätzen den Weltmarkt, den Sika erreichen kann, auf etwa fünf Prozent dieser Menge. Das wären vorläufig jährlich 30 Millionen Tonnen Betonabfälle. 

(c) alle Bilder und Grafiken: Sika AG

Autor:

Dr. Carsten Rieger

Corporate Market Development Manager des Geschäftsbereichs Concrete (Betonzusatzmittel) bei der Sika AG