Speicherung von CO2 durch Carbonatisierung von Altbeton

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Ein Weg zur Reduzierung der CO2-Emissionen aus technischen Prozessen liegt in der Abscheidung und anschließenden Speicherung oder Nutzung des Kohlendioxids (CCS/CCU). Verfahren zur Abscheidung sind in vielen Industriezweigen, wie u.a. der Zementindustrie, bereits in der industriellen Erprobungsphase angekommen. Nach technisch umsetzbaren Möglichkeiten zur Nutzung oder Speicherung der potenziell anfallenden, großen Mengen wird intensiv gesucht.

Carbonatisierung von Altbeton
Eine solche Möglichkeit liegt in der Carbonatisierung von Altbeton durch Begasung mit CO2. Das ist nicht nur gut für die Umwelt, es verbessert zudem auch die technischen
Eigenschaften der gewonnenen Recyclingbeton-(RC)-Gesteinskörnung. Angesichts der Mengen an Altbeton, die jährlich weltweit anfallen, birgt diese Technologie ein gewaltiges Potenzial. Es ist daher folgerichtig, dass zurzeit eine Reihe von F+E-Tätigkeiten auf diesem Gebiet stattfindet.
Das schweizerische Unternehmen neustark hat bereits im Jahr 2017 damit begonnen.
Drei Jahre später wurde ein erster mobiler Prototyp in Betrieb genommen. Jetzt hat das Verfahren den industriellen Maßstab erreicht.

Foto: neustark

Die neustark-Technologie
Herzstück des von neustark patentierten Verfahrens ist ein Online-CO2-Messsystem, das auf mehrfachen CO2-Durchfluss- und Konzentrationsmessungen basiert. Das System wurde im Rahmen des Scale-ups vom Labor- zum Industriemaßstab überarbeitet. Die ersten Betriebsmonate zeigten, dass die CO2-Verluste reduziert und gleichzeitig die CO2-Aufnahme erhöht wurden und das, ohne die Präzision der Messungen zu beeinträchtigen. Wann immer möglich, nutzt das Verfahren die bestehende Infrastruktur zur Materiallagerung. Wenn an einem bestimmten Standort keine solche Infrastruktur vorhanden ist, kann neustark eine effiziente Materialbox-Lösung anbieten.

Das Scale-Up-Projekt
Das Scale-Up wurde in einer Anlage realisiert, die neustark für den Betonhersteller
Kästli Bau gebaut hat, der sie seit März 2022 betreibt. Der RC-Beton wird von Kästli Bau durch Zerkleinern und Klassieren von Altbeton hergestellt, um ihn anschließend als RC-Gesteinskörnung im Straßenbau oder bei der Herstellung von neuem
Beton zu verwenden. Nach dem Brechen wird die RC-Gesteinskörnung über Förderbänder zu Silos transportiert und dort gelagert.
Die bestehenden Lagersilos von Kästli Bau wurden mit der CO2-Begasungs-Technologie von neustark nachgerüstet. Durch die Neuinstallation wurde ein Reaktionsvolumen von 250 m³ geschaffen, was eine Vergrößerung um den Faktor 10 im Vergleich zur bestehenden mobilen Pilotanlage von Neustark darstellt. Durch die Vergrößerung des Reaktorvolumens konnte der tägliche Durchsatz auf bis zu 750 t RC-Gesteinskörnung erhöht werden. Die ersten Betriebsmonate bestätigen, dass etwa 10 kg CO2 pro t RC-Gesteinskörnung gespeichert werden.
Das für die Begasung des Altbetons verwendete CO2 stammt aus einer nahe gelegenen Kläranlage. Eine ferngesteuerte Niveausteuerung für den flüssigen CO2-Speicher sorgt für eine reibungslose und kontinuierliche CO2-Versorgung.
Das Kohlendioxid wird in der RC-Gesteinskörnung durch Carbonatisierung chemisch gebunden und so dauerhaft gespeichert. Dadurch erhöht sich deren Druckfestigkeit, was sich positiv auf die Nutzung im Neubeton auswirkt. So kann Kästli Bau u.a. durch eine geschickte Gestaltung der Betonzusammensetzung den Zementanteil im Neubeton um bis zu 10 % reduzieren. Insgesamt wird der CO2-Fussabdruck des mit der carbonatisierten RC-Gesteinskörnung hergestellten Neubetons um rd. 10 % gesenkt.

Zusammenarbeit mit der Wissenschaft
Das Scaleup der neustark-Technologie wurde im Rahmen des Projekts DemoUpCARMA realisiert, das von der ETH Zürich geleitet wird. Das Projekt erforscht die Implementierung und das Scale-up von Technologien zur Emissionen-Reduzierung unter Berücksichtigung wirtschaftlicher, regulatorischer, politischer und gesellschaftlicher Faktoren. Es wird vom Bundesamt für Energie (BFE) und vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) finanziert und bringt 24 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um dringend benötigte Technologien zur Kohlenstoffabscheidung von der Forschungs- und Entwicklungsphase bis zur Marktreife voranzutreiben.
Im Rahmen von DemoUpCARMA wird der Betrieb der Anlage während 15 Monaten wissenschaftlich begleitet. Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) ist bestrebt, neue CO2-arme Betonmischungen zu entwickeln, die auf rezyklierten Gesteinskörnungen aus Altbeton basieren. Das Paul Scherrer Institut (PSI) wird eine spezielle Lebenszyklusanalyse durchführen, die die Betriebsdaten des Werks sowie die umliegende Wertschöpfungskette berücksichtigt, um die Umweltvorteile und die potenziellen negativen Auswirkungen der neuen Technologie und der Mischungskonzepte zu quantifizieren. Weitere Informationen unter https://www.neustark.com