Reduzierung treibhausrelevanter Emissionen bei der Kalksandsteinproduktion durch Ersatz von CO2-intensivem Branntkalk durch calcinierten Ton

Abstract

Deutschland hat sich gesetzlich verpflichtet, bis zum Jahr 2045 Klimaneutralität zu erreichen. Um dieses Ziel zu realisieren, ist insbesondere die Bauwirtschaft als einer der größten Verursacher von CO₂-Emissionen in der Pflicht, ihre Prozesse und Materialien grundlegend zu überdenken. Ein bedeutender Hebel zur Emissionsminderung liegt in der Substitution CO2-intensiver Ausgangsstoffe, wie etwa Branntkalk, durch alternative Bindemittel. In diesem Zusammenhang rücken calcinierte Tone als potenzielle Substitutionsmaterialien für die Kalksandsteinindustrie in den Fokus. Aufgrund ihres signifikant geringeren CO₂-Fußabdrucks im Vergleich zu Branntkalk bieten sie eine vielversprechende Möglichkeit zur Reduktion der rohstoffbedingten CO2-Emissionen. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens konnte durch mehrstufige Untersuchungen im Labor und Technikum sowie umfangreiche Werkserprobungen nachgewiesen werden, dass calcinierte Tone ein hohes Potenzial zur Substitution von Branntkalk in der Kalksandsteinproduktion bieten. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall sowie den spezifischen Anforderungen an die Druckfestigkeit kann ein variabler Anteil des Branntkalks durch calcinierte Tone ersetzt werden. Diese rohstoffseitige Substitution ermöglicht nicht nur eine erhebliche Reduktion der CO2-Emissionen, von durchschnittlich rd. 34 %, sondern geht zugleich mit Kosteneinsparungen von rd. 8 % einher. Auch aus energetischer Sicht ergeben sich signifikante Effizienzgewinne. Mineralogische Untersuchungen haben ergeben: Hinsichtlich der Wirkung der calcinierten Tone bei der Hydrothermalhärtung sprechen Indizien dafür, dass eine hohe Löslichkeit der Aluminium-ionen einen wichtigen Einfluss auf die Ausbildung kristalliner CSH-Phasen hat und zu einer geänderten Struktur der CSH-Phasen führen kann. Weiterhin scheint das Ca/Si-Verhältnis ein wichtiger Parameter zu sein, der ebenfalls die Festigkeit der Kalksandsteine zu beeinflussen scheint. Dabei führen niedrigere Ca/Si Verhältnisse zu niedrigeren Druckfestigkeiten. Im Rahmen der durchgeführten Versuche auf Labor-, Technikums- und Werksebene konnten zahlreiche feste und solide Musterserien hergestellt werden, die zwar im Vergleich zu den Refe-renzserien geringere Festigkeiten aufweisen, die jedoch die Anforderungen der DIN EN 771-2 in vollem Umfang erfüllen. Ein 1:1-Austausch gegen Branntkalk erscheint nicht möglich. Für ein gleiches Festigkeitsniveau muss eine entsprechend größere Menge an calciniertem Ton zugegeben werden. Der calcinierte Ton mit der Bezeichnung „CT“ hat sich gegenüber „AT“ und „MT“ als zielführender herausgestellt. Besonders hervorzuheben ist, dass die Ergebnisse der großtechnischen Werksversuche die Resultate der Technikumsuntersuchungen sogar etwas übertreffen, was für eine Umsetzung in die betriebliche Produktionspraxis spricht. Insgesamt steht ein Transfer der vorliegenden Untersuchungsergebnissein die betriebliche Anwendung in Aussicht. Ältere Untersuchungen der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. bestätigen diese Erkenntnisse. Das Forschungsziel wurde erreicht.