Stahlschlacke hilft der Beton- und Zementindustrie, ihre Kohlenstoffemissionen zu reduzieren. Da die Stahlindustrie jedoch auch daran arbeitet, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, wird in Zukunft möglicherweise weniger Stahlschlacke verfügbar sein.
Die gebaute Umwelt ist der größte Einzelverursacher der CO2-Emissionen. Da die Stahl-, Beton- und Zementindustrie gemeinsam und einzeln große Akteure in der Bauindustrie sind, arbeiten diese Sektoren an zahlreichen Initiativen zur Reduzierung ihrer CO2-Emissionen. Ein Projekt, an dem sie gemeinsam arbeiten, betrifft die Verwendung von Stahlschlacke bei der Herstellung von Zement und Beton, eine Methode, die nachweislich die Emissionen bei der Zement- und Betonproduktion senkt.
Als Ersatz für Klinker wird in diesem Fall Stahlschlacke oder sogenannte gemahlene Hochofenschlacke (GGBFS) verwendet. „GGBFS ist das, was wir als Klinkerersatz bezeichnen“, erklärt Claude Loréa, Direktor für Zement, Innovation und ESG bei der Global Cement and Concrete Association. „Klinkerersatzstoffe – oder ergänzende zementäre Materialien (SCMs) – sind eine breite Palette sowohl natürlich vorkommender als auch industrieller Nebenprodukte, die verwendet werden können, um einen Teil des Klinkers in Portlandzement zu ersetzen. Da Klinker das Element im Zement ist, das für den Großteil seiner Kohlenstoffemissionen verantwortlich ist, hat die Reduzierung des Klinkergehalts (auch als Klinkerfaktor bekannt) von Zement den Vorteil, dass seine Umweltauswirkungen verringert werden.“
Stahlschlacke ist kein neuer Zementbestandteil
Die Verwendung von Stahlschlacke in Zement ist kein neues Phänomen. Loréa sagt: „Seine erste kommerzielle Nutzung reicht über 150 Jahre zurück, bis ins Jahr 1865, als in Deutschland ein Kalk--Hüttenzement kommerziell hergestellt wurde. 1901 wurde er zur Herstellung von Portlandzement verwendet.“Eisenportlandzementmit maximal 30 % GGBFS-Anteil; es folgte 1907Hochofenzement, mit einem GGBFS-Anteil von bis zu 85 %.
„Seitdem ist es ein wichtiger zementhaltiger Zusatzstoff bei der Zementherstellung mit mehreren entscheidenden Vorteilen: Es kann auf die gleiche Weise wie Klinker gehandhabt und transportiert werden und kann mit höheren Substitutionsraten als andere zementhaltige Zusatzstoffe verwendet werden (wobei beispielsweise seine Verwendung in europäischen Betonnormen nur geringfügig eingeschränkt ist). Außerdem ist es weltweit weit verbreitet für den Einsatz bei der Zementherstellung verfügbar.“
Auch bei der Herstellung von Beton habe GGBFS zahlreiche positive Ergebnisse erzielt, fügt Loréa hinzu. „GGBFS-Beton weist eine geringere Hydratationswärme auf, wodurch das Risiko von Rissen verringert wird, und gewinnt über einen längeren Zeitraum weiter an Festigkeit, was zu höheren Endfestigkeiten führt. Darüber hinaus verringert GGBFS das Risiko von Schäden durch Alkali--Kieselsäurereaktivität und bietet gleichzeitig eine höhere Beständigkeit gegenüber chemisch-aggressiven Umgebungen. Infolgedessen hält GGBFS-Beton wahrscheinlich länger und erfordert während seiner Lebensdauer weniger Wartung – beides wichtige Vorteile im Hinblick auf die wirtschaftliche, soziale und ökologische Nachhaltigkeit des Betons Gebäude, zu deren Bau es verwendet wird.“
Im Zement- oder Betonwerk können gemahlene granulierte Hochofenschlacke, Flugasche, gemahlener Kalkstein und andere Materialien hinzugefügt werden, um Betone mit reduziertem CO2-Ausstoß, aber dennoch der erforderlichen oder sogar verbesserten Leistung zu liefern.
Die Verfügbarkeit von Stahlschlacke wird voraussichtlich sinken
Da die Stahlindustrie jedoch daran arbeitet, ihre eigenen Emissionen zu reduzieren, wird die Menge an Stahlschlacke, die der Zement- und Betonindustrie zur Verfügung steht, abnehmen, und Loréa sagt, dass die Industrie bereits nach Alternativen sucht.
„Die Verfügbarkeit geeigneter Materialien auf der ganzen Welt variiert derzeit und wird auch in Zukunft variieren, da beispielsweise Flugasche aus Kohlekraftwerken und gemahlene granulierte Hochofenschlacke aus den Hochöfen der Stahlindustrie stammt und auch diese Industrien sich im Wandel befinden“, sagt sie. „In den kommenden Jahrzehnten wird es einen verstärkten Einsatz von gemahlenem Kalkstein und die Einführung von kalziniertem Ton geben, um sowohl das geringere Angebot an Flugasche und gemahlener Hochofenschlacke auszugleichen als auch den Klinkerbindemittelanteil weiter zu reduzieren. Kalzinierte Tone sind auf Tonvorkommen angewiesen, die geografisch verteilt und in ausreichender Menge vorhanden sind, um den prognostizierten Bedarf zu decken.“
Daten der Global Cement and Concrete Association besagen, dass der Klinker-Bindefaktor im weltweiten Durchschnitt derzeit 0,63 beträgt. Es wird erwartet, dass er bis 2030 bzw. 2050 auf 0,58 bzw. 0,52 sinkt. Allerdings bleibt Stahlschlacke vorerst ein wichtiger Bestandteil bei der CO2-Reduzierung von Zement, obwohl Loréa darauf hinweist, dass sie sich bei einigen Zementkäufern noch durchsetzen muss und ihre Verfügbarkeit begrenzt ist.
„Während die Verfügbarkeit von Materialien eine Einschränkung des Klinker-Bindemittel-Verhältnisses darstellen kann, stellt die Kundenakzeptanz in einigen Industrie- und Schwellenländern derzeit ein Hindernis für die vollständige Nutzung dieses Hebels dar. Regionale und sogar länderspezifische Unterschiede sind aufgrund unterschiedlicher Materialverfügbarkeit und Marktanforderungen ebenfalls unvermeidlich“, sagt sie.