Carbonatisierung von Betonbruch – von der Kinetik bis zur Verfahrenstechnik

Carbonation of concrete rubble – from kinetics to process engineering

• Prof. Dr. Anette Müller

Die Zementherstellung basiert auf den Hauptrohstoffen Kalkstein und Ton. In dem thermischen Prozess, der erforderlich ist, um aus daraus zunächst den Zementklinker herzustellen, wird der Kalkstein „entsäuert“, d. h. er wird durch die Zufuhr von thermischer Energie in CaO und CO₂ zersetzt. Dabei wird eine erhebliche CO₂-Menge freigesetzt, die bis zu acht Prozent des globalen jährlichen Kohlenstoffdioxidausstoßes ausmacht. In den Forschungen der 1970er Jahre stand die Frage im Mittelpunkt, inwieweit die thermische Zersetzung von Kalksteinen beschleunigt werden kann. Damals konnte experimentell nachgewiesen werden, dass diese Zersetzung eine enorme Beschleunigung erfahrt, wenn die Korngröße vom Splittbereich in den Mehlkornbereich reduziert wird. Damit war die Grundlage für die Calcinierreaktortechnik gelegt, die jetzt technologischer Standard ist. Gegenwärtig ist eine ähnliche Frage, allerdings in „umgekehrter“ Richtung zu beantworten. Vereinfacht geht es darum, ob das CO₂, welches aus den Rohstoffen der Zementklinkerherstellung freigesetzt wird, wieder vom Zementstein des Betons aufgenommen werden kann. Die Betrachtungsweisen reichen von Grundlagenuntersuchungen zur CO₂-Aufnahme von Zementsuspensionen, bevor sie der Gesteinskörnungen zur Betonherstellung zugegeben werden, über die CO₂-Aufnahme während der Herstellung von Betonwaren bis hin zur End-of-Life CO₂-Aufnahme von Betonbruch bzw. rezyklierten Gesteinskörnungen.

The cement production bases on limestone and clay as its main raw materials. In the thermal process to make cement clinker from these materials, the limestone is ‘decarbonised’, i.e. it is broken down into CaO and CO₂ through the application of thermal energy. This releases a considerable amount of CO₂, accounting for up to eight per cent of global annual carbon dioxide emissions. Researches in the 1970s focused on the question of to what extent the thermal decomposition of limestone could be accelerated. Today, a similar question needs to be answered, albeit in the ‘opposite’ direction. Put simply, the question is whether the CO₂ released from the raw materials used in the cement clinker production can be reabsorbed by the cement paste of the concrete. The approaches range from fundamental studies on the CO₂ up take of cement suspensions, through CO₂ absorption during the manufacture of concrete products, up to the CO₂ uptake by crushed concrete recylates, which form the focus of this publication.