Zement soll grüner werden

Die Grundschule Buechen in der Gemeinde Staad, Kanton St. Gallen. Das Gebäude gewann den Architekturpreis 2017 des Fachverbands Swissbeton. Giuseppe Micciché /Architekturpreis Beton 17

Die weltweite Zementproduktion verursacht mehr Emissionen als der Flugverkehr. Die Schweiz gehört zu den Ländern mit dem höchsten Zementverbrauch. Einige hierzulande entwickelte Lösungen könnten dazu beitragen, den Bausektor umweltfreundlicher zu gestalten.

Die grössten Verursacher von Treibhausgasen sind China, die USA und… Zement. Wäre die Zementindustrie ein Land, würde sie weltweit an dritter Stelle der Umweltverschmutzer stehen.

Die mehr als vier Milliarden Tonnen Rohzement, die jedes Jahr produziert werden, sind für etwa 8% der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Zement verschmutzt die Luft mehr als Flugzeuge und Handelsschiffe zusammen.

Kai Reusser / swissinfo.ch

Wie der Verkehr ist auch die Bauindustrie gefordert, ihre Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren. Die World Cement and Concrete Association will ab 2050 klimaneutral arbeitenExterner Link.

Eine Transformation, die alles andere als einfach ist. Nicht zuletzt, weil die Zementproduktion – angetrieben durch den Bauboom in Schwellen- und Entwicklungsländern, vor allem in Asien – weiterhin steigen wird.

Warum verursacht die Zementherstellung Emissionen?

Zement ist ein graues Pulver, das als Bindemittel wirkt und zusammen mit Wasser und so genannten Zuschlagstoffen (z.B. Sand oder Kies) Beton bildet. Der Hauptbestandteil von Zement ist Klinker. Dieses Material wird durch das Brennen von kalk- und tonhaltigem Gestein gewonnen.

Zwei Drittel der CO2-Emissionen entstehen während der chemischen Reaktion, die für die Herstellung von Klinker nötig ist. Ein Drittel stammt aus den fossilen Brennstoffen, die zum Erhitzen des Gesteins in den Öfen verwendet werden. Klinker entsteht bei einer Temperatur von etwa 1450 Grad Celsius.

Mit Beton aus der Armut

China und Indien sind mit einem Marktanteil von 53% beziehungsweise 8% die grössten Zementproduzenten der Welt (Daten von 2018). Zwischen 2011 und 2013 verbrauchte China mehr Zement als die Vereinigten Staaten während des gesamten 20. JahrhundertsExterner Link.

Beton ist billig, kann überall leicht hergestellt werden und ist extrem vielseitig, sagt Karen Scrivener, Professorin und Leiterin des Labors für Baumaterialien an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL). «Beton spielt eine zentrale Rolle, um die Welt zu modernisieren und Menschen aus der Armut herauszuholen», sagte sie in einem Interview mit dem Fachmagazin HochparterreExterner Link.

Schweizer Pro-Kopf-Verbrauch 584 kg Zement pro Jahr

Die Bilder in den Reisebroschüren sollten nicht täuschen: Die Schweiz besteht nicht nur aus Natur und grünen Wiesen. Als Heimat des multinationalen Unternehmens Lafarge-Holcim, des drittgrössten Zementherstellers der WeltExterner Link, gehöre die Schweiz auch zu den Ländern, die überproportional viel Zement verbrauchen, sagt David Plüss, Sprecher des nationalen Branchenverbands Cemsuisse.

«Der relativ hohe Verbrauch von Beton hängt mit der gut ausgebauten und gepflegten Infrastruktur der Schweiz zusammen. Der Einsatz von Beton ist für die Verteilung von Wasser, Gas und Strom, zum Beispiel für die Wasserkraft und ihre Dämme, sowie für die Abfallentsorgung unerlässlich», sagt er gegenüber swissinfo.ch.

Der Pro-Kopf-Verbrauch von Zement liegt in der Schweiz bei 584 kg pro Jahr. Das ist mehr als doppelt so viel wie in den USA, Brasilien oder Frankreich verbraucht wird.

Kai Reusser / swissinfo.ch

Wie lassen sich Zementemissionen reduzieren?

Die sechs Zementwerke in der Schweiz sind für etwa 5% der nationalen CO2-Emissionen verantwortlich. Die einfachste Lösung zur Verringerung ihrer Klimabelastung ist der Ersatz der fossilen Brennstoffe, welche die Öfen befeuern. Zum Beispiel mit Haushalts- oder Industrieabfällen wie Biomasse, Altreifen, Plastik oder Klärschlamm. Im Vergleich zu 1990 habe die Schweizer Zementindustrie die Emissionen aus fossilen Brennstoffen um mehr als zwei Drittel reduziert, schreibt Cemsuisse auf der WebsiteExterner Link.

Schwieriger sei es, die Emissionen zu reduzieren, die durch die chemische Reaktion bei der Herstellung von Klinker entstehen, sagt Plüss. «Es bleibt nur, den Klinkeranteil im Zement, die Zementmenge im Beton oder den Einsatz von Beton im Allgemeinen zu reduzieren.»

Beton, fügt er hinzu, kann unbegrenzt rezykliert werden. Einmal zerkleinert, kann das Material als Ersatz für Kies in neuem Beton verwendet werden. Das Recycling von Zement hingegen ist nicht möglich.

Wenn auf allen Ebenen Massnahmen getroffen würden, könnten die Emissionen nur um 80% reduziert werden, schätzt Plüss. Damit die Branche vollkommen klimaneutral werde, müssten Zementwerke Technologien zur Abscheidung und Speicherung des von ihnen produzierten CO2 einsetzen.

Schweizer Zement in Kolumbien und der Elfenbeinküste

In der Schweiz werde Portland-Zement – der mit einem Klinkeranteil von 95% weltweit am häufigsten verwendete Zement – zunehmend durch andere Arten von Fremdklinker-Zement ersetzt, deren Herstellung weniger CO2 emittiere, erklärt der Cemsuisse-Sprecher.

«Der durchschnittliche Anteil von Klinker im Zement auf dem Schweizer Markt liegt bei 74%. Das Ziel ist, diesen bis 2050 auf 60% zu senken. Die Herausforderung besteht darin, den Klinkergehalt zu reduzieren und gleichzeitig die Produkteigenschaften, nämlich die Stabilität und Festigkeit des Zements, beizubehalten.»

An der EPFL haben Karen Scrivener und ihr Forschungsteam einen Zement entwickelt, bei dem der Anteil an Klinker dank der Verwendung von Ton und Kalkstein – zwei Materialien, die im Überfluss vorhanden sind – auf 50% begrenzt ist.

Er heisst LC3 (Limestone Calcined Clay Cement)Externer Link und reduziert die Emissionen um 40%, wobei die Eigenschaften von Portland-Zement erhalten bleiben. Derzeit wird LC3 in zwei Anlagen in Kolumbien und der Elfenbeinküste kommerziell hergestellt.

«Die Herausforderung besteht darin, den Klinker zu reduzieren und gleichzeitig die Produkteigenschaften des Zements beizubehalten.»

David Plüss, Cemsuisse

«Wir arbeiten mit vielen Unternehmen in verschiedenen Ländern zusammen. Starkes Interesse gibt es in Ägypten, Malawi und anderen afrikanischen Ländern. Mehrere grosse Unternehmen beabsichtigen, Versuche in Europa zu starten», sagt Scrivener gegenüber swissinfo.ch.

Dank des Zements, der in Zusammenarbeit mit Universitäten in Kuba und Indien entwickelt wurde, könnte man die zehnfache Menge jenes CO2-Ausstosses vermeiden, den die Schweiz in einem Jahr ausstosse, schätzt sie.

Die Schweizer Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) arbeitet ihrerseits an der Entwicklung eines alternativen Zements auf MagnesiumbasisExterner Link. Das Besondere an diesem Baustoff ist, dass er nicht nur zu weniger Emissionen führt, sondern sogar Kohlendioxid aus der Atmosphäre binden kann.

Beton ohne Zement

Oxara, ein Spinoff der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ), will die Bauindustrie mit einem zementfreien Beton (Cleancrete) aus Tonaushub und einem speziellen chemischen Zusatzmittel revolutionieren.

Ziel sei es, weltweit einen nachhaltigen und erschwinglichen Baustoff anzubieten, auch in ärmeren Ländern, sagt Gnanli Landrou, Gründer von Oxara. Cleancrete ist 20% billiger als herkömmlicher Beton, und die Emissionen werden um das 25-Fache reduziert.

Im folgenden Video zeigt Landrou, wie er Beton ohne Zement herstellt:

Der Nachteil von Cleancrete sei, dass er einer geringeren Kompression standhalte und daher kein Bauen in die Höhe ermögliche, sagt der Gründer von Oxara. Derzeit besteht die grösste Herausforderung darin, die Bauindustrie zu überzeugen und Geldgeber zu finden.

«Grundsätzlich sind wir immer offen und interessiert, mit Startups zusammenzuarbeiten. Wir finanzieren an der ETHZ einen Lehrstuhl für nachhaltiges Bauen», sagte Christian Wengi, Marketingleiter bei Holcim, im Interview mit dem Schweizer Fernsehen SRFExterner Link.

Der erste «klimaneutrale» Beton

Anfang 2020 lancierte Holcim «Evopactzero», den «nachhaltigsten Beton der Schweiz». Der «erste klimaneutrale Beton», wie ihn das Unternehmen nennt, wird zum Teil aus recycelten Materialien hergestellt und kann nur deshalb als umweltfreundlich bezeichnet werden, weil die Emissionen, die bei seiner Herstellung entstehen, durch Projekte im In- und Ausland ausgeglichen werden.

Ein Wald, anderthalb Mal so gross wie Indien

Das Bauen mit anderen Materialien ist durchaus möglich. «Architects for Future», eine Gruppe, die dem Schweizer Klimastreik angeschlossen ist, erinnert daran, dass es umweltfreundlichere Lösungen als Beton gebe, wie Holz, Stroh und Erde.

Im Rahmen des «Projekt Pi» ist in Zug der Bau des ersten Holzhochhauses der Schweiz mit einer Höhe von 80 Metern geplant. Architektur: Duplex Architekten, Visualisierung: Filippo Bolognese

Für Baumaterial-Spezialistin Scrivener bleibt Beton jedoch ein unverzichtbares Baumaterial. Andere Materialien seien mit höheren Kosten und teils mehr Emissionen verbunden, sagt sie. «Ich habe nichts gegen Holz, ganz im Gegenteil. Aber es ist unrealistisch zu glauben, dass es Beton weltweit ersetzen kann. Nur um 25% des Betons zu ersetzen, bräuchte man einen Wald, der anderthalb Mal so gross ist wie Indien», sagt sie.

Es sei jedoch möglich, weniger Beton zu verwenden und bei einigen Konstruktionen bis zur Hälfte des Materials einzusparen, betont sie. «Die Einstellung hat sich in den letzten Jahren stark verändert, und die Branche hat sich verpflichtet, Klimaneutralität zu erreichen», sagt sie.

«Oft sind die Hindernisse nicht technologischer, sondern logistischer Natur: Die Akteure in der Produktionskette sind so zahlreich und so eng miteinander vernetzt, dass es schwierig ist, die Nachrichten auf allen Ebenen zu kommunizieren. Ein Architekt weiss zum Beispiel nicht immer, dass er die gleiche Arbeit mit weniger Material machen kann.»

Das habe nichts mit fehlendem Willen zu tun, betont die Expertin. «Die Menschen sind sich einfach daran gewöhnt, Dinge auf eine bestimmte Art und Weise zu machen. Es wird Zeit brauchen, bis sich das ändert.»

(Übertragung aus dem Italienischen: Christian Raaflaub)