Von Abfall zu Baustoff: In Córdoba entwickelten sie einen Pflasterstein ohne natürlichen Sand und Zement
Die Bauindustrie steht heute unter starkem Druck, die Kohlendioxidemissionen und den Verbrauch nicht erneuerbarer Rohstoffe zu senken, muss dabei aber weiterhin genügend Material für den wachsenden Bedarf an Wohnungsbau und Infrastruktur liefern. Besonders problematisch ist Zement: Die Herstellung ist energieintensiv und chemisch in Prozesse „eingeschlossen“, die CO2 erzeugen, weshalb der Sektor in zahlreichen Dekarbonisierungsstrategien als einer der schwierigsten Bereiche für eine schnelle Emissionsminderung genannt wird. In diesem Kontext versuchen Forschende immer häufiger, zwei Bedürfnisse zu verbinden – die Verwertung industrieller Nebenprodukte und die Verringerung des Anteils klassischer, kohlenstoffintensiver Bindemittel – durch Lösungen, die zur Kreislaufwirtschaft gehören.
Genau in dieser Linie entstand ein neuer Typ durchlässigen Pflastersteins (pervious paving block), den ein Team der Ingenieurwissenschaftlichen Hochschule in Belmez (Escuela Politécnica Superior de Belmez, EPSB) an der Universität Córdoba entwickelt. Ihr Ziel war ehrgeizig: In der Rezeptur sowohl den Zuschlag (Sand/Kies) als auch den Zement zu ersetzen, sodass im Endprodukt keine natürlichen Zuschläge und kein konventioneller Zement mehr enthalten sind, sondern ausschließlich recycelte Materialien und industrielle Überschüsse verwendet werden.
Was sie überhaupt ändern wollten und warum
In klassischen Mörteln und Betonen stellen natürliche Zuschläge das größte Volumen dar. Das bedeutet, dass jede Tonne Beton eine große Menge Sand und Kies „verlangt“ – Ressourcen, die lokal begrenzt, zunehmend teurer und mit ökologischem Druck auf Gewässer, Küsten und Abbaugebiete verbunden sind. Parallel dazu stellt Zement als Bindemittel den größten Teil des CO2-Fußabdrucks von Beton dar. Laut Industrie- und öffentlichen Berichten wird die globale Zementproduktion mit einem großen Anteil der gesamten CO2-Emissionen in Verbindung gebracht, was Zement zu einem zentralen Ziel für Emissionsminderungs- und CO2-Abscheidungstechnologien macht.
Die Kombination dieser beiden Probleme – hohe Nachfrage nach Zuschlägen und hohe zementbedingte Emissionen – erklärt, warum sich die Forschung zunehmend Ersatzstoffen zuwendet: Statt „frischer“ Rohstoffe werden Abfälle und Nebenprodukte anderer Industrien genutzt, die oft schwierig und teuer zu entsorgen sind.
Zuschlag aus Muscheln: Abfall aus der Konservenindustrie als Ersatz für Sand
Das auffälligste Element der Lösung aus Belmez ist der Ersatz des natürlichen Zuschlags durch Material aus den Schalen der Meeresmuschel Acanthocardia tuberculata. Es handelt sich um eine essbare Muschelart, die kommerziell produziert und konsumiert wird, unter anderem in Konservenform. Gerade die Konservenindustrie, so die Autorin der Studie Ágata González-Caro, erzeugt große Mengen dieses Abfalls, der oft auf Deponien landet, weil er keinen stabilen industriellen Wert hat.
Die Forschenden zerkleinerten die Muscheln mechanisch und bereiteten sie so auf, dass ein kalkhaltiger (kalksteinartiger) Zuschlag entsteht, der die Rolle von natürlichem Sand in Mörteln und Beton übernehmen kann. In einer wissenschaftlichen Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Materials and Structures, wird gezeigt, dass „seashell sand“ als vollständiger Ersatz für natürlichen Sand in durchlässigen vibroverdichteten Pflastersteinen verwendet werden kann, ohne dass natürlicher Zuschlag hinzugefügt werden muss.
Ein solcher Ansatz hat eine doppelte Wirkung. Einerseits sinkt die Nachfrage nach natürlichem Sand und der Druck auf die Gewinnung. Andererseits erhält Industrieabfall eine Markt-„Adresse“ – statt Entsorgungskosten wird er zum Rohstoff. In Regionen mit entwickelter Verarbeitung von Meeresprodukten kann das besonders interessant sein, da die Logistik zur Sammlung der Schalen bereits existiert und das Entsorgungsproblem dauerhaft ist.
Ohne Zement: alkalische Aktivierung von Asche und Bergbauresten
Der zweite, technologisch anspruchsvollere Schritt war der Verzicht auf konventionellen Zement. Stattdessen nutzt das Team eine Mischung industrieller Nebenprodukte – Flugasche (fly ash) sowie Rückstände aus Bergbauhalden (coal mining tailings) aus dem weiteren Gebiet Guadiato. Im Standardszenario werden solche Materialien oft zur Umweltbelastung: Halden beanspruchen Fläche, können Probleme mit Sickerwasser und Staub verursachen, und Asche erfordert eine kontrollierte Entsorgung.
Der Schlüsselprozess, durch den „Abfall zu einem Bindemittel wird“, heißt alkalische Aktivierung. Vereinfacht gesagt ist es eine chemische Reaktion, bei der Alumosilikatmaterialien beim Kontakt mit einer stark alkalischen Lösung umorganisiert werden und neue Bindungsphasen bilden, ähnlich denen, die dem klassischen Zement Festigkeit verleihen. In der Arbeit wird die Kombination aus alkalischer Aktivierung und Vibroverdichtung beschrieben, was wichtig ist, weil durchlässige Pflastersteine eine kontrollierte Porosität haben müssen: genügend Hohlräume für den Wasserdurchgang, aber auch genügend Festigkeit für Belastungen.
CO2 als Teil des Prozesses: beschleunigte karbonatische Aushärtung
Ein interessantes Element der Studie ist auch die Aushärtungsstrategie in Anwesenheit von CO2 (accelerated carbonation curing). Statt dass die Blöcke nur „trocknen“ oder standardmäßig nachbehandelt werden, wenden die Autoren eine beschleunigte Karbonatisierung an, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und gleichzeitig die Bindung eines Teils des Kohlendioxids in Carbonatphasen zu fördern. In dem Artikel wird dieser Schritt als einer von drei „Säulen“ der Nachhaltigkeit genannt: vollständiger Ersatz von Sand durch Muschelzuschlag, Bindemittel aus Asche und Bergbauresten sowie CO2-Aushärtung zur Erhöhung der Festigkeit und potenziellen CO2-Bindung.
Wichtig ist zu betonen, dass dies nicht automatisch „Beton, der die Atmosphäre reinigt“ bedeutet, sondern einen kontrollierten technologischen Schritt darstellt, der die Leistung verbessern und einen Teil der Emissionslast verringern kann – abhängig von der CO2-Quelle, der Prozessenergie und dem gesamten Lebenszyklus des Produkts. Gerade deshalb sind bei solchen Innovationen detaillierte Lebenszyklusanalysen und Vergleiche mit klassischen Lösungen unter realen Produktionsbedingungen entscheidend.
Was erreicht wurde und wo die Grenzen der Lösung liegen
Laut den veröffentlichten Ergebnissen erfüllen die entwickelten Pflastersteine die zentralen Anforderungen, die üblicherweise für diese Produktart gestellt werden: mechanische Widerstandsfähigkeit, Dauerhaftigkeit und Nutzungssicherheit. Die Autoren betonen, dass es sich in Bezug auf die Zusammensetzung um ein „vollständig recyceltes“ Produkt handelt – ohne natürliche Zuschläge und ohne klassischen Zement – was eine seltene Leistung ist, da die meisten „grünen“ Rezepturen dennoch einen Teil konventioneller Komponenten beibehalten.
Gleichzeitig geben die Forschenden offen an, dass einzelne Produktionsschritte weiter optimiert werden müssen. Besonders genannt werden Fragen der Verdichtung und des Entformens (compaction and demolding), die in der industriellen Produktion über Geschwindigkeit, Kosten und Ausschussquote entscheiden. Ein weiteres Thema sind „grünere“ Aktivatoren: Alkalische Lösungen, die die Reaktionen antreiben, sind oft chemisch anspruchsvoll und bringen ihren eigenen Umweltfußabdruck mit sich, weshalb in Literatur und Industrie nach Alternativen gesucht wird, die die Abhängigkeit von konventionellen Chemikalien verringern oder die Nutzung von Nebenprodukten auch in diesem Teil des Prozesses ermöglichen.
Warum das für Städte und Infrastruktur wichtig ist
Durchlässige Pflastersteine sind nicht nur ein ästhetisches Element. In urbanen Räumen sind sie Teil einer breiteren Politik des Regenwassermanagements: Sie ermöglichen Infiltration, reduzieren Oberflächenabfluss und können helfen, die Belastung von Kanalsystemen bei Starkregen zu mindern. In Zeiten immer häufigerer extremer Niederschläge suchen Städte nach Lösungen, die eine Verkehrsfläche mit der „schwammartigen“ Fähigkeit des Bodens kombinieren. Wenn dabei auch der CO2-Fußabdruck des Materials gesenkt werden kann, vervielfacht sich der Nutzen.
Auf Ebene der Europäischen Union wird Bau- und Abbruchabfall (C&DW) als größter Abfallstrom erkannt, mit hohen Verwertungsquoten, aber auch einer Reihe von Problemen bei der Recyclingqualität – ein großer Teil der Verwertung reduziert sich auf niedrigwertige Anwendungen wie Verfüllung. Genau deshalb haben Innovationen, die Abfall in hochwertige Produkte (Upcycling) verwandeln, strategisches Gewicht: Sie können die Recyclingqualität erhöhen, Deponien entlasten und lokale Wertschöpfungsketten fördern.
Belmez als Forschungs-„Punkt“ auf der Bergbaukarte Andalusiens
Der geografische Kontext ist nicht unwichtig. Belmez ist Teil des Gebiets des Oberen Guadiato-Tals (Alto Guadiato) mit Bergbautradition, und die EPSB ist ein Campus der Universität Córdoba, der außerhalb der Stadt Córdoba liegt. Die Universität hebt hervor, dass die Schule etwa 70 Kilometer von Córdoba entfernt im Gebiet der Sierra Morena liegt und eine wichtige kulturelle und akademische Referenz für die lokale Gemeinschaft ist. In einem solchen Umfeld erhält die Idee, Bergbaureste als Ressource für neue Materialien zu nutzen, auch eine soziale Dimension: Die Wissenschaft knüpft an das lokale industrielle Erbe an, versucht es jedoch in Richtung nachhaltigerer Praktiken umzulenken.
Breiterer Trend: Abfallmaterialien als Standard, nicht als Ausnahme
Obwohl das Projekt aus Belmez durch die Kombination von Muscheln, Asche und Bergbauresten spezifisch ist, passt es in einen breiteren Trend, der sich in den letzten Jahren beschleunigt hat. Internationale Agenturen und Industrieakteure warnen, dass Zement und Beton die Netto-Null-Ziele ohne eine Kombination von Maßnahmen nur schwer erreichen werden: Verringerung des Klinkeranteils, Nutzung alternativer Bindemittel, Steigerung der Energieeffizienz, Einsatz kohlenstoffarmer Brennstoffe sowie Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2. Das erklärt, warum Labor- und Pilotprojekte mit alkalisch aktivierten Materialien immer zahlreicher werden: Sie bieten Potenzial für niedrigere Emissionen, erfordern jedoch Standardisierung, Langzeitprüfungen und Anpassungen an industrielle Linien.
In diesem Sinne ist der Pflasterstein aus Belmez als Schritt zu lesen, der die Machbarkeit des Konzepts zeigt. Die Schlüsselfrage für die nächste Phase wird die Bestätigung der Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen sein (Frost-Tau-Wechsel, Streusalz, Abrieb), die Stabilität der Versorgung mit Abfallrohstoffen, die Wirtschaftlichkeit der Produktion sowie der regulatorische Rahmen, der solche Materialien zulässt und fördert. Derzeit geht die Forschung laut den verfügbaren Informationen aus der wissenschaftlichen Arbeit in Richtung Prozessoptimierung und der Suche nach Aktivatoren mit geringerem Umweltfußabdruck, was die Möglichkeit einer breiteren Anwendung maßgeblich bestimmen wird.
Quellen:- Materials and Structures (Springer Nature) – wissenschaftliche Arbeit über CO2-ausgehärtete alkalisch aktivierte durchlässige Pflastersteine mit „seashell sand“ ( link )- Materials and Structures (PDF) – Volltext der Arbeit und Methodik, einschließlich Beschreibung der Rohstoffe und des Prozesses ( link )- University of Córdoba – EPSB, Standort und grundlegende Informationen zum Campus in Belmez ( link )- International Energy Agency (IEA) – Analysen zur Transformation von Zement und Beton sowie zum Bedarf an Emissionsminderungstechnologien ( link )- U.S. Department of Energy – Überblick über den Zementsektor und den Emissionskontext sowie CO2-Abscheidungstechnologien ( link )- European Environment Agency (EEA) – Briefing zu Bau- und Abbruchabfällen sowie zur Qualität der Verwertung in der EU ( link )
Unterkünfte in der Nähe finden
Erstellungszeitpunkt: 7 Stunden zuvor