Grüner Beton

Der in Nature ^[4] berichtete Vergleich basiert auf Trockenmasse, nicht auf Nassgewicht. Biomasse-Schätzungen schließen den Wassergehalt aus, der bei lebenden Organismen erheblich ist.

Der Begriff „vom Menschen hergestellte Materialien“ bezieht sich auf die gesamte Trockenmasse unbelebter, anthropogener Materialien (z. B. Beton, Zuschlagstoffe, Metalle, Kunststoffe etc.). Das Ergebnis zeigt, dass die gesamte vom Menschen hergestellte Trockenmasse die gesamte globale Biomasse-Trockenmasse um 2020 überstieg.

Ein Kubikmeter Beton wiegt im Schnitt 2,4 metrische Tonnen ^[20]. Daher entsprechen 30 Milliarden metrische Tonnen 12,5 Milliarden Kubikmetern. Dieser Wert wird durch [21] gestützt.

Umgerechnet in Kubikkilometer entsprechen 12,5 Milliarden Kubikmeter 12,5 km³.

Die Fläche Österreichs beträgt 83.879 km² ^[22].

Um die Dicke des Betons zu berechnen, teile das Volumen durch die Fläche: 12,5 km³ / 83.879 km² = 0,0001490242 km.

0,0001490242 km = 14,90242 cm = 5,8671 in

Im Skript wird „Kalkstein verbrennen“ als lockere Kurzform verwendet. Genau genommen findet beim Kalkstein selbst keine Verbrennung statt. Beim Erhitzen durchläuft Calciumcarbonat die Kalzinierung: eine durch Wärme ausgelöste chemische Reaktion, die als thermische Zersetzung bekannt ist und es in Calciumoxid, oder Kalk, und Kohlendioxid aufspaltet:

CaCO₃ + Wärme → CaO + CO₂

Die Kalzinierung findet größtenteils statt, bevor das Material die Spitzentemperatur des Ofens von etwa 1.450 °C erreicht. Bei höheren Temperaturen reagiert der entstandene Kalk mit Siliziumdioxid und anderen Materialien zu Klinker.

Das bei der Kalzinierung freigesetzte CO₂ stammt aus dem Kalkstein selbst und unterscheidet sich daher vom CO₂, das beim Verbrennen fossiler Brennstoffe zum Erhitzen des Ofens entsteht. Diese Brennstoffe durch CO₂-arme Wärme zu ersetzen, kann die Verbrennungsemissionen des Ofens senken, beseitigt aber nicht allein die bei der Kalzinierung entstehenden Prozessemissionen ^{[23,27,38,40,42]}.

„CO₂-Härtung“ bezeichnet speziell ein Verfahren, bei dem abgeschiedenes CO₂ beim Mischen oder Aushärten in frischen Beton eingebracht wird und dort mit Calciumverbindungen im Zement zu stabilen Karbonaten reagiert. Das kann die Festigkeit leicht verbessern und zugleich kleine Mengen CO₂ dauerhaft in der Materialstruktur speichern. CO₂-Härtung ist jedoch nur eine Form der Kohlenstoffnutzung in Beton.

„Karbonatisierung“ bezeichnet dagegen die Reaktion von CO₂ mit ausgehärteten, hydratisierten zementbasierten Verbindungen wie Beton im Laufe der Zeit. Natürliche Karbonatisierung geschieht langsam während der Lebensdauer eines Betonbauwerks und ermöglicht ihm, nach und nach CO₂ aus seiner Umgebung aufzunehmen. Bei beschleunigten Karbonatisierungsprozessen (manchmal auch Mineralisierungs-Aushärtung genannt) werden Beton oder recycelte Zuschlagstoffe konzentrierten CO₂-Strömen ausgesetzt, um die CO₂-Aufnahme gezielt zu erhöhen. Diese Prozesse sind chemisch verwandt, unterscheiden sich aber in der Anwendung von CO₂-Härtungstechnologien beim Mischen.

Über Ansätze beim Aushärten hinaus kann Kohlenstoff auch durch deutlich andere Strategien eingebunden werden. Eine Möglichkeit ist, biobasierte kohlenstoffhaltige Materialien (wie Biokohle) in Betonmischungen einzuarbeiten ^A,B. Biokohle-Beton-Verbundstoffe können natürlichen, biogenen Kohlenstoff physisch speichern und möglicherweise gleichzeitig Haltbarkeit und Feuchteregulierung verbessern. Diese Ansätze unterscheiden sich von der Karbonatisierung, weil sie Kohlenstoff in fester Form einbinden, statt gasförmiges CO₂ einzubringen oder zu mineralisieren.

Eine weitere Variante ist die Entwicklung biobasierter Zementverbundstoffe oder der teilweise Ersatz mineralischer Zuschlagstoffe durch nachwachsende Fasern oder pflanzliche Materialien ^C-I. Am anderen Ende dieses Spektrums ersetzen manche Bausysteme herkömmlichen Beton vollständig durch biobasierte oder hybride Verbundstoffe für tragende oder halbtragende Anwendungen ^E-I. Diese Ansätze unterscheiden sich von der CO₂-Härtung, da sie mineralische Zementbestandteile verringern oder ersetzen, statt ausgestoßenes CO₂ zu behandeln.

Zusammengefasst ist CO₂-Härtung ein spezifischer Weg der Kohlenstoffnutzung innerhalb eines breiteren Spektrums von Strategien. Karbonatisierungs-/Mineralisierungstechnologien, der Einsatz von Biokohle, biobasierte Verbundstoffe und alternative biobasierte Bausysteme sind technisch unterschiedliche Ansätze, die entweder Kohlenstoff speichern, den Zementbedarf senken oder mineralische Bindemittel ganz ersetzen.

Studien kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Je nach Betonmischung und verwendetem Verfahren kann die CO₂-Härtung oder das Einmischen von CO₂ die Festigkeit von Beton erhöhen, kaum beeinflussen oder verringern [82-92]. Auch ihr Klimanutzen ist nicht automatisch gegeben. Er hängt unter anderem davon ab, wie viel Energie für CO₂-Abscheidung, Transport und Härtung nötig ist, wie viel CO₂ gespeichert bleibt, ob das Verfahren die Betonfestigkeit erhöht oder verringert und ob deshalb zusätzlicher Zement nötig ist. [92] stellte in 31 der 99 bewerteten experimentellen Datensätze eine geringere Druckfestigkeit fest. Wenn dann zusätzlicher Zement nötig ist, um die gleiche Festigkeit zu erreichen, können die daraus entstehenden Emissionen den Nutzen des gespeicherten CO₂ ausgleichen oder übersteigen. Insgesamt stellte die Studie fest, dass die Nettoemissionen in vielen der untersuchten veröffentlichten Versuchsbeispiele stiegen.

Hier sind einige Beispiele dafür, wo alkalisch aktivierter Beton (AAC) weltweit eingesetzt wurde:

• [111] Australien
• [112] USA
• [113] Indien
• [114] Vereinigtes Königreich
• [115] China
• [116] Die Niederlande
• [117] Deutschland
• [118] Malaysia
• [119] Brasilien
• [120] Italien
• [121] Südkorea
• [122] Singapur
• [123] Japan, Ukraine, Finnland, Russland und Irland sind einige Beispiele aus dieser Quelle

Die Quellen beziehen sich sowohl auf alkalisch aktivierten Beton als auch auf Geopolymerbeton. In der werkstoffwissenschaftlichen Literatur gelten alkalisch aktivierte Materialien (AAMs) meist als die übergeordnete Kategorie, während Geopolymere als spezielle Untergruppe dieser Familie definiert werden. Nach diesem gängigen Verständnis bezeichnet AAM Bindemittel, die entstehen, wenn ‘aluminosilikatische’ Ausgangsstoffe (z. B. Flugasche, Schlacke und andere SCMs) mit alkalischen Lösungen aktiviert werden. Diese Sammelkategorie umfasst verschiedene Systeme mit unterschiedlicher Chemie und unterschiedlichen Reaktionsprodukten.

Innerhalb dieser breiten Einteilung werden Geopolymere meist als calciumarme, aluminosilikatische Bindemittel beschrieben, die eine dreidimensionale Struktur bilden. Nach dieser Sichtweise können alle Geopolymere als alkalisch aktivierte Materialien gelten, aber nicht alle alkalisch aktivierten Materialien sind Geopolymere. Diese Auslegung ist in begutachteten Fachzeitschriften und bei führenden Forschenden weit verbreitet, wobei AAM als umfassender Fachbegriff dient, während ‘Geopolymer’ eine bestimmte Untergruppe nach Zusammensetzung und Struktur bezeichnet.

Eine andere Denkschule argumentiert jedoch, dass Geopolymere eine eigene Materialklasse mit einer spezifischen Polymerisationschemie sind. Nach dieser Auslegung gelten nicht alle alkalisch aktivierten Systeme als Geopolymere, besonders nicht calciumreiche Systeme, deren Reaktionsprodukte sich strukturell unterscheiden. Diese Sichtweise lehnt AAM als wichtigsten Sammelbegriff ab und behandelt stattdessen ‘Geopolymer’ als die chemisch präzisere Kategorie.

Dadurch kann die Terminologie je nach Zugehörigkeit der Autorinnen und Autoren, Forschungstradition oder institutionellem Kontext variieren. In einem Großteil der heutigen wissenschaftlichen und technischen Literatur dominiert die Einteilung mit AAM als Sammelbegriff, besonders in Vergleichsstudien zur Umweltbilanz gegenüber gewöhnlichem Portlandzement. Dennoch halten neuere Veröffentlichungen an einer klareren Trennung der Begriffe fest.

[124] gibt an, dass die weltweite Stadtfläche zwischen 1985 und 2015 jedes Jahr um 9.687 km² zunahm. Das entspricht (9.687/365 =) 26,539 km² pro Tag.

Die Fläche von Manhattan beträgt 59,1 km^{2 J}.

59,1/26,539 = 2,2 Tage.