Graphen – Hoffnungsträger der Baubranche?

Die Stärke und Flexibilität des Werkstoffes Graphen lässt zahlreiche Anwendungen in vielen Bereichen zu. Auch in der Baubranche ist man darauf aufmerksam geworden. Denn Graphen kann Beton verstärken, leichter und langlebiger machen. Das spart Kosten und Ressourcen. Ein weiteres Plus: Graphen kann der Baubranche helfen, ihre Ziele bei der Senkung von Emissionen zu erreichen.

Beton ist nach Wasser das zweithäufigste genutzte Wirtschaftsgut der Welt. Zudem ist in den vergangenen 30 Jahren der Verbrauch von Beton exponentiell gestiegen. Nach Zahlen des Globalen Beton- und Zementverbandes (GCCA) wurden allein im Jahr 2020 weltweit 14 Milliarden Kubikmeter Beton – oder 4,2 Milliarden Tonnen – auf die eine oder andere Art verbaut.

Beton ist ein zentraler und unverzichtbarer Werkstoff der globalen Baubranche, und entlang einer wachsenden Weltbevölkerung wird sein Verbrauch – ebenso wie der von Zement, der für die Herstellung von Beton benötigt wird – weiter zunehmen. Das stellt die Baubranche vor große Herausforderungen. 

Baubranche will Emissionen senken

Denn für jede hergestellte Tonne Zement werden zwischen 650 und 900 Kilogramm Kohlendioxid (CO2) produziert und in der Regel in die Atmosphäre ausgestoßen. Das führt dazu, dass die globale Baubranche für geschätzte acht Prozent der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen verantwortlich zeichnet.

Deshalb hat es sich die GCCA auf die Fahnen geschrieben, die Emissionen der Baubranche bis zum Jahr 2030 deutlich zu senken – und zwar um 25 Prozent bei der Herstellung von Beton und um 20 Prozent bei der von Zement.

 Um diese ambitionierten Ziel zu erreichen, muss an allen Stellen der Lieferketten, vom Bergbau bis zum Steinbruch über die Produktionsprozesse bis hin zu der Art und Weise, wie Gebäude entworfen und gebaut werden, die Reduzierung von Emissionen angegangen werden. 

Graphen kann CO2-Ausstoß bei Beton und Zement deutlich senken

So läuft innerhalb der Branche die Suche nach umweltfreundlichen Lösungen für die Herstellung von Beton und Zement bereits auf Hochtouren. Und hier kommt auch der Werkstoff Graphen zum Tragen.Denn bei der herkömmlichen Produktion wird Kalziumkarbonat bei Temperaturen von bis zu 1450 Grad Celsius erhitzt und zu Kalziumsilikat, dem so genannten Klinker, verschmolzen. Klinker fungiert als starkes Bindemittel für Beton und Zement und lässt sich bislang kaum ersetzen.

 Bei diesem Prozess wird allerdings ein großer Teil der CO2-Emissionen freigesetzt. Darüber hinaus erfordert die hohe Hitze meist die Verbrennung fossiler Energieträger, was die Bilanz zusätzlich verschlechtert. 

Graphen als Lösung

Der Fokus bei der Senkung der CO2-Emissionen liegt deshalb auf der Reduzierung der Klinkermenge zugunsten von Ersatzstoffen, die als Bindemittel dienen können. Die bislang eingesetzten Ersatzstoffe weisen aber schlechtere Bindeeigenschaften als Klinker auf, was den Beton und Zement weniger leistungsfähig macht.Nun können Zusätze von reinem Graphen die eingesetzte Klinkermenge stark reduzieren und zugleich die Leistungsfähigkeit von Beton und Zement deutlich erhöhen.

Im Grunde kann Graphen als starkes Ersatz-Bindemittel fungieren, was zur Folge hat, dass weniger Klinker hergestellt werden muss und damit erheblich weniger CO2-Emissionen ausgestoßen werden. Der Werkstoff Graphen könnte also die Lösung für die Senkung der Emissionen der globalen Baubranche sein. 

Firma First Graphene erforscht innovative Anwendungen von Graphen

Michael Bell, Geschäftsführer der Firma First Graphene, die innovative Anwendungen für den Werkstoff Graphen intensiv erforscht und vertreibt, sagt: „Die bei weitem direkteste und bedeutendste Senkung der CO2-Emissionen kann durch die Verringerung der benötigten Klinkermenge erreicht werden.

Wird weniger Klinker hergestellt, sinken die Emissionen, zugleich muss weniger fossile Energie für die Herstellung von Klinker aufgebracht werden“. So werde gleich an zwei Stellen Kohlendioxid eingespart.

Weniger Beton, weniger Emissionen

Laut Michael Bell bietet Graphen zudem weitere Vorteile für die Gesamtleistung von Beton. Dazu gehörten unter anderem eine verbesserte Biege- und Druckfestigkeit und eine größere Widerstandskraft gegen chemische und umweltbedingte Einflüsse. So könne auch die Lebensdauer von Betonprodukten erhöht werden. „Das bedeutet, dass insgesamt weniger Beton pro Jahr weltweit produziert werden muss“, so Michael Bell.

Darüber hinaus könnte die höhere Festigkeit auch zu einer geringeren Dicke von Betonplatten führen, was das Gesamtvolumen weiter verringere. Und wenn es gelänge, die Leistung von Recyclingbeton zu verbessern, könne die Menge an neuem Beton - und damit neuem Zement - nochmals reduziert werden. Die Folge: Weniger Beton, weniger Emissionen.  

Baubranche kann Ziele mit Graphen erreichen

Mit anderen Worten: Es gibt Möglichkeiten, die Emissionen der Baubranche vom Anfang bis zum Ende der Lieferketten zu senken, ist Michael Bell überzeugt. Zwar scheine eine Senkung der Emissionen um 25 Prozent bei Beton und 20 Prozent bei Zement bis 2030 auf den ersten Blick sehr hochgesteckt.

Doch durch eine Senkung des Energieverbrauchs, eine Umstellung auf erneuerbare Energien sowie den nachhaltigen und flächendeckenden Einsatz von Graphen könne die Baubranche dieses Ziel durchaus erreichen, wenn nicht sogar übertreffen, ist sich Michael Bell sicher.