Ohne Zement kein Beton. Doch genau dieses Bindemittel treibt die Emissionen im Bausektor nach oben. Rund 8 % der weltweiten CO₂-Emissionen gehen auf die Herstellung von Zementklinker zurück. Das liegt nicht nur am Energieeinsatz in den Drehrohröfen. Vor allem die chemische Reaktion beim Brennen von Kalkstein setzt große Mengen CO₂ frei.
Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) suchen Forschende deshalb nach Alternativen. Gemeinsam mit Partnern aus mehreren europäischen Ländern arbeiten sie im EU-geförderten Projekt C-SINC an einem Zementersatzstoff, der nicht nur Emissionen vermeidet, sondern aktiv CO₂ speichert.
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Warum Zement so viel CO₂ verursacht
Bei der Herstellung von Portlandzementklinker wird Kalkstein bei Temperaturen von rund 1.450 °C gebrannt. Dabei zerfällt Calciumcarbonat zu Calciumoxid. CO₂ wird frei. Dieser Prozess ist chemisch unvermeidbar, solange Kalkstein die Basis bleibt.
„Diese hohen Emissionen entstehen durch den Energieeinsatz bei der Produktion, aber vor allem auch durch die chemisch bedingte Entsäuerung von Kalkstein bei der Herstellung von Portlandzementklinker, dem am häufigsten verwendeten Bindemittel für Beton“, erklärt Professor Frank Dehn vom KIT.
Zementersatzstoffe wie Flugasche oder Hüttensand sind zwar etabliert. Doch mit dem Kohleausstieg und der Transformation der Stahlindustrie werden diese Nebenprodukte knapper. Der Druck, neue Lösungen zu finden, steigt.
Magnesium statt Kalk: CO₂ wird mineralisch eingebaut
Im Fokus des Projekts stehen magnesiumhaltige Silikate. Diese reagieren in einem beschleunigten Mineralisierungsprozess mit CO₂ zu Magnesiumcarbonat. Das klingt technisch, ist aber im Kern einfach: CO₂ wird chemisch in ein stabiles Mineral umgewandelt.
Der Clou liegt im Ansatz. Das benötigte CO₂ soll gezielt aus Industrieabgasen abgeschieden werden. Statt in die Atmosphäre zu gelangen, wird es in ein festes Mineral eingebaut.
„Indem wir das dabei eingesetzte CO₂ gezielt aus Industrieabgasen abscheiden, also der Atmosphäre entziehen, kann Beton künftig nicht nur emissionsärmer werden, sondern aktiv als CO₂-Senke wirken“, sagt Dehn. „Das CO₂ wird nicht einfach gespeichert, es wird chemisch in ein Mineral eingebaut. Es bleibt fest gebunden und kann so über sehr lange Zeiträume nicht wieder entweichen.“ Damit verschiebt sich das Narrativ: Beton wäre nicht mehr nur Emittent, sondern potenziell Kohlenstoffspeicher.
Von der Laborprobe zum Bauteil
Das Projekt bleibt nicht im Reagenzglas. Ziel ist ein zügiger Praxiseinsatz. Koordiniert wird C-SINC vom schwedischen Unternehmen PAEBBL AB. Neben dem KIT sind unter anderem die Technische Universiteit Delft, die KU Leuven und Forschungseinrichtungen in Spanien beteiligt. Unterstützend wirkt Holcim Technology.
Das KIT übernimmt eine zentrale Rolle bei der Materialprüfung und Modellierung. „Wir untersuchen mithilfe von Strategien des Maschinellen Lernens und strukturmechanischer Modelle, wie sich das Bindemittel im Beton verhält, wie wir den Beton optimal zusammensetzen und wie er sich in der Praxis bewährt“, sagt Dehn. „Das machen wir in kleinem Maßstab, aber auch in realen, großen Bauteilen.“
Simulation und Experiment greifen ineinander. Digitale Modelle liefern Prognosen zu Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Rissverhalten. Versuche an der Materialprüfungs- und Forschungsanstalt in Karlsruhe überprüfen diese Annahmen unter realitätsnahen Bedingungen.
Für die Baupraxis zählt am Ende nicht nur die CO₂-Bilanz. Der neue Beton muss tragfähig, dauerhaft und normgerecht sein. Erst belastbare Kennwerte entscheiden darüber, ob er sich durchsetzt.
Einordnung: Realistische Chance oder Nischenlösung?
Carbonatisierung von Beton ist kein neues Thema. Frischer Beton nimmt über Jahrzehnte CO₂ aus der Luft auf. Dieser Effekt bleibt jedoch begrenzt und schwer steuerbar. Der Ansatz des KIT geht weiter: CO₂ wird bereits vor der Betonherstellung mineralisch gebunden und gezielt als Zusatzstoff eingesetzt.
Die Herausforderung liegt in der Skalierung. Magnesiumsilikate müssen in ausreichender Menge verfügbar sein. Zudem stellt sich die Frage nach der Energiebilanz des gesamten Prozesses, inklusive CO₂-Abscheidung und Mineralisierung.
Ob Beton tatsächlich zur CO₂-Senke wird, entscheidet sich nicht im Labor, sondern auf der Baustelle. Klar ist: Ohne neue Bindemittel wird der Bausektor seine Klimaziele kaum erreichen. Magnesiumbasierte Zusatzstoffe könnten ein Baustein sein – wenn Technik, Verfügbarkeit und Kosten zusammenpassen.
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