Nachhaltige Innovationen: Zementfreie Betonsteine

Die GaLaBau-Branche ist grüner Vorreiter beim Klimaschutz, doch belasten Beton- und Pflastersteine wegen ihrer hohen CO2-Emissionen die Ökobilanz. Neuentwicklungen zeigen: Es geht auch ohne Zement und viel nachhaltiger.

Ob begrünte Solardächer, smarter Umgang mit Regenwasser oder klimaangepasste Begrünung von Städten – die Garten- und Landschaftsbaubranche ist bei vielen Themen Wegbereiter in Sachen Klimaschutz. Bei der Neuanlage von Gärten, Wegen oder öffentlichen Plätzen kommen jetzt immer öfter nachhaltige Betonsteine zum Einsatz, die bei der Herstellung weniger CO2 emittieren.

Klimabelastender Beton

Global werden jährlich über 4,6 Mrd. Tonnen Zement verbaut, bei der Herstellung entstehen rund 2,8 Mrd. Tonnen CO2 – 8 % der weltweiten Emissionen, mehr als der gesamte Flugverkehr und alle Rechenzentren zusammen ausstoßen. Das CO2 entsteht bei der Herstellung von Zementklinker, der im Beton Sand, Wasser und Kies bindet. Er wird aus Kalkstein, Sand und Ton bei 1.400 Grad gebrannt, dabei wird für jedes produzierte Molekül Kalziumoxid (CaO) ein Molekül des Treibhausgases CO2 freigesetzt. Bei der Herstellung von einer Tonne Zement entstehen so rund 700 Kilogramm Kohlendioxid. Die deutsche Zementindustrie arbeitet daran, ihren CO2- Ausstoß bis 2050 auf Null zu reduzieren. Christian Knell, Präsident der deutschen Zementindustrie (VDZ) erklärt im Gespräch mit dem Handelsblatt „Wir müssen ressourcenschonender bauen, komplett von fossilen Brennstoffen weg und vor allem mit weniger Klinker auskommen.“ In der CO2-Roadmap von 2020 nennt der VDZ das Ziel, den Klinker-Zement-Faktor bis 2030 im Mittel um 63 % zu senken. Der Druck auf die Branche steigt, alternative Lösungen für die Herstellung von Betonsteinen zu entwickeln.

Beton umweltfreundlicher herstellen

Zukunftsfähige Lösungsansätze von klimaneutralem Beton hängen von verschiedenen Faktoren ab, letztendlich entscheidet auch das Preis-Leistungsverhältnis über die Nachfrage. Öko-Beton muss die gleichen Anforderungen wie herkömmliche Produkte erfüllen und industriell und kosteneffizient zu produzieren sein, nur dann stellt er eine echte Alternative dar. Folgende Ansätze – insbesondere in Kombination – sind daher vielversprechend:

1. Reduzierung des Zementanteils durch alternative Bindemittel: Wird der Zementanteil in Betonmischungen reduziert oder komplett durch andere Bindemittel ersetzt, senkt das den CO2-Ausstoß erheblich.
2. Verwendung von recyceltem Material: Bei der Herstellung von Beton mit recyceltem Material werden Primärrohstoffe gespart und im Sinne der Kreislaufwirtschaft wiederverwendet.
3. Klimagerechte Zementproduktion: Da das Brennen bei hohen Temperaturen nicht nur sehr viel Energie verbraucht, sondern dabei eben die hohen CO2-Emissionen entstehen, werden alternative Herstellungsverfahren entwickelt, die das schädliche Kalkbrennen ersetzen oder verringern. Viele Hersteller nutzen für ihre Produktion verstärkt energieeffiziente Verfahren, produzieren einen Teil ihres Stroms selber, senken ihren Energie- und Wasserverbrauch und nutzen die Abwärme aus der Produktion anderweitig.
4. Regionales Material verwenden: Kurze Transportwege reduzieren Kosten und CO2-Emissionen.

Vielversprechende Forschungsansätze

Viele Baustoff- und Betonsteinhersteller arbeiten seit Jahren an klimaeffizienten oder -neutralen Lösungen (siehe dazu Interview mit Dr. Michael Metten, METTEN Stein + Design) und greifen auf ihren eigenen Erfahrungsschatz zurück. Neue Impulse kommen aber auch von renommierten Forschungsinstituten wie dem Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) oder der schweizerischen EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt). Das Fraunhofer IBP betreibt eine umfassende Baustoffforschung, u. a. zu Geopolymeren bzw. alkalisch aktivierten Bindemitteln, um zementfreie Bindemittel herzustellen und so den emissionslastigen Prozess des Kalkbrennens zu umgehen.

Alkalisch aktivierte Baustoffe erreichen eine höhere Festigkeit als Beton und eignen sich aufgrund ihrer hohen Resistenz und ihres sehr hohen Frost-Tau(salz)-Wechsel-Widerstands für den Außenbereich. Die EMPA forscht an CSA-Zement aus Calciumsulfoaluminat, der eine um 200 Grad niedrigere Brenntemperatur benötigt, pro Tonne 200 kg weniger Kohlendioxid ausstößt und einen geringeren Anteil an Kalkstein in der Rohstoffmischung hat. EMPA-Forscher arbeiten zudem an einem Magnesium-basierten Zement, der Kohlendioxid im Beton binden soll statt es freizusetzen.

Mehr Zulassungen für klinkereffiziente Zemente

Die verschiedenen Lösungsansätze zeigen, dass die Auswahl an Betonsteinen zukünftig vielfältiger wird. Seit der Veröffentlichung der CO2-Roadmap des VDZ im Jahr 2020 hat das Deutsche Institut für Bautechnik 29 (Anwendungs-)Zulassungen für klinkereffiziente Zemente erteilt (Stand 17. April 2023). Damit haben sich die Zulassungen für klinkereffiziente Zemente von 19 auf 48 im Zeitraum 2018 bis 2023 mehr als verdoppelt. Über die Hälfte (16 von 29) der Neuzulassungen betreffen CEM-II/C-Zemente. Zementfreie Betonsteine sind in der Statistik nicht enthalten.
Mehr Vielfalt bedeutet aber auch weniger Übersichtlichkeit. Waren Betonsteine bisher eher generische Produkte, ist ihre Zusammensetzung zukünftig viel diversifizierter. Die Einführung von Zertifizierungen und Nachhaltigkeitsstandards ist daher wünschenswert, um die Produkte bewerten und umweltfreundliche Produkte identifizieren zu können.

Interview mit Dr. Michael Metten

Herr Dr. Metten, Sie führen METTEN Stein + Design in 3. Generation. Ihr Großvater Josef Metten hat 1969 den Rasengitterstein erfunden. Sie arbeiten seit 2014 an der EcoTerra®-Technologie. Was steckt dahinter?

Als wir 2014 mit der Entwicklung dieser Technologie begonnen haben, hatten wir noch nicht die CO2-Emissionen im Blick, sondern wollten schlichtweg die Grundeigenschaften von Betonsteinen verbessern: keine Kalkausblühungen mehr, brillantere Farben und eine dichtere und damit reinigungsfreundlichere Oberfläche. Erst 2018/2019 haben wir uns die CO2-Implikationen der Technologie vor dem Hintergrund der Klima- und Nachhaltigkeitsdebatte angeschaut und festgestellt, dass diese neue Technologie deutlich weniger CO2-Emissionen nach sich zieht.

Ihr Betonstein EcoTerra® ZERO ist komplett frei von Zement. Wie gelingt Ihnen die Herstellung?

Wir haben ein alkalisch aktiviertes, mineralisches Bindemittel entwickelt, das den herkömmlichen Zement komplett ersetzt. Daher sind EcoTerra®-Steine am Ende auch 100 % recycelbar. Unsere Entwicklung erfolgte in zwei Schritten: Zunächst haben wir uns ja nur auf die zementfreie Vorsatzschicht konzentriert, um die Produkteigenschaften zu verbessern. Diese Entwicklungsarbeit und das Verfahren dafür haben wir international patentieren lassen. Im zweiten Schritt haben wir uns mit dem Kernbeton beschäftigt, der alleine aufgrund seiner Masse rund 90 % des Steins ausmacht und ein enormes Potenzial bietet, CO2-Emissionen zu reduzieren. Seit diesem Sommer stellen wir mit der EcoTerra®-Technologie 100 % zementfreie Betonsteine mit einer CO2-Reduktion von 50 bis 75 % gegenüber herkömmlichen Betonsteinen her. Das ist ein großer Schritt in die Zukunft! Und weitere werden folgen...

Ist das EcoTerra®-Verfahren international eine interessante Technologie?

Ja, es ist eine hochspannende Technologie! Wir haben momentan sehr viele Anfragen aus den unterschiedlichsten Regionen der Welt und haben bereits in vier Ländern Lizenzen vergeben. In Toronto (Kanada) haben wir bereits im vergangenen Herbst die Betonstein-Fertigung mit unserer Technologie in Betrieb genommen. Eine zweite Inbetriebnahme läuft gerade in diesen Tagen und für nächstes Jahr ist bereits die dritte terminiert. Die Nachfrage kommt insbesondere aus Ländern, in denen klimaneutrales Bauen politisch gewollt ist und die Bauwirtschaft das vorantreibt.

Welche Recyclingmaterialien verwenden Sie im Kernbeton? Wie viele dieser Materialien kommen aus der Region?

Wir verwenden in unserem Kernbeton sehr reines Recyclingmaterial, nämlich aufbereiteten Beton aus unserem eigenen Haus. Ein wichtiger Teil unserer Nachhaltigkeitsstrategie ist es, dass 75 % unserer eingesetzten Rohstoffe aus einem Radius von weniger als 65 km Entfernung zu unserem Werk kommen und wir so unnötige Transport-Kilometer sparen und die Straßen entlasten.

Welche Variationsfreiheit in Größe und Design gibt Ihnen Ihr Verfahren?

Eines unserer Entwicklungsziele war es, mit der EcoTerra®-Technologie Steine in fast allen Formaten, Farben und mit verschiedenen Oberflächenbearbeitungen herstellen zu können. Der EcoTerra®-ZERO verfügt über die gleiche Belastbarkeit, Ästhetik und Lebensdauer wie herkömmliche Betonsteine. Bereits letztes Jahr hatten wir eine sehr interessante Aufgabenstellung: Für ein Bauvorhaben in Hessen haben wir für den dritten Bauabschnitt optisch identische Steine mit neuer Technologie produziert, die zu den herkömmlich hergestellten Steinen des ersten und zweiten Bauabschnitts passen. Der EcoTerra®-ZERO hat gegenüber herkömmlichen Betonsteinen nicht nur eine bessere Ökobilanz, sondern eindeutige Produktvorteile.

Wie können Sie klimaneutral produzieren?

Der Nachhaltigkeitsgedanke zieht sich bei uns durch den ganzen Produktionsprozess – angefangen von CO2-reduzierten Rohstoffen, neuen Herstellungsmethoden, über eine große Zentralheizung, die wir mit Holzhackschnitzeln betreiben bis hin zu einer großen Photovoltaikanlage, mit der wir einen signifikanten Anteil unseres Strombedarfs decken können. Die EcoTerra®-Technologie ist für uns eine logische Konsequenz unseres Handelns, CO2 zu reduzieren. Das, was am Ende an Emissionen noch übrigbleibt, kompensieren wir seit Jahren mit Klimazertifikaten.

Wie schätzen Sie die Entwicklungen in der Betonsteinindustrie ein?

Im Moment ist eine extrem hohe Dynamik in der Branche und das ist auch sehr gut so, denn nur mit neuen Ansätzen und insbesondere zementfreien Rezepturen machen wir diesen Werkstoff zukunftsfähig. Wir spüren gerade bei öffentlichen Bauvorhaben eine hohe Fokussierung auf die Frage nach dem CO2-Fußabdruck, den beispielsweise eine Innenstadtgestaltung nach sich zieht. Wie schnell sich der Wandel vollzieht, liegt nicht zuletzt an der Nachfrage. Mit jeder Entscheidung im öffentlichen Bereich oder auch im privaten Hausgarten haben wir auch die Verantwortung für die damit verbundenen CO2-Emissionen.