Häuser, Straßen, Infrastruktureinrichtungen – sie alle werden bis heute klassischer Weise mit Beton gebaut. Mit dem stetig steigenden Bedarf geht allerdings eine zunehmende Ressourcenknappheit einher und zugleich machen die Treibhausgasemissionen der Betonindustrie bereits heute über 11 Prozent der globalen Emissionen aus. Aufgrund der problematischen Ökobilanz wird zunehmend nach Verbesserungspotenzialen und Alternativen gesucht. Die gute Nachricht ist – die Baubranche kann entscheidend zum Klimaschutz durch Kohlenstoffspeicherung beitragen.
Vorteile von Beton mit Pflanzenkohle
- Verbesserte mechanische Eigenschaften wie Druckfestigkeit und Feuerfestigkeit12014, Hans-Peter schmidt „The use of Biochar as Building material – Cities as Carbon Sinks“, The Biochar Journal
- Verringerter Carbon Footprint von Gebäuden und Straßeninfrastruktur
- Bei Einarbeitung in Straßen: Schadstoffrückhaltung, Adsorption von Auftausalzen und Erdölrückständen, Filtration von Regenwasser
Pflanzenkohle ist ein effizientes Bindemittel in Beton. In bestimmten Mischungen kann durch die gezielte Zugabe die Biegefestigkeit und Feuerbeständigkeit verbessert werden 22014, Hans-Peter schmidt „The use of Biochar as Building material – Cities as Carbon Sinks“, The Biochar Journal. Pflanzenkohle verbessert die Rheologie von Beton. In Gebäuden sorgt die Pflanzenkohle für chemische Stabilität, Wasserrückhaltefähigkeit sowie Rissfestigkeit3Shailey Singhal (2022) Biochar as a cost-effective and eco-friendly substitute for binder in concrete: a review, European Journal of Environmental and Civil Engineering, DOI: 10.1080/19648189.2022.2068658.
Silikatische Zuschlagsstoffe im Beton können grundsätzlich gegen Pflanzenkohle ersetzt werden (Pflanzenkohle als Additiv). Pflanzenkohlebeton filtert außerdem das oberflächlich ablaufende beziehungsweise versickernde Regenwasser und adsorbiert Salze und Erdölrückstände, die von der Straße gewaschen werden. Für sämtliche der genannten Anwendungen kann auch minderwertige Pflanzenkohle eingesetzt werden.
Beton kann in seinem Carbon Footprint nicht nur CO2-neutral werden, sondern sogar klimapositiv und dies obendrein mit verbesserten Materialeigenschaften. Das ist möglich, indem die knappen und konfliktbehafteten Zuschlagstoffe Sand und Kies für Beton mit lokal und emissionsarm produzierter Pflanzenkohle ersetzt werden. Schon bei einer Zugabe von einem Masse-Prozent Pflanzenkohle zum Beton könnten ca. 20% der durch die Zementindustrie verursachten jährlichen CO2-Emissionen sequestriert werden 4Banjo A. Akinyemi, Adeyemi Adesina, Recent advancements in the use of biochar for cementitious applications: A review, Journal of Building Engineering, Volume 32, 2020, 101705, ISSN 2352-7102, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101705..
Die Pflanzenkohle wird im Beton gespeichert, wodurch Kohlenstoff der Atmosphäre über Jahrhunderte entzogen wird. Beton ist dadurch kein Klimakiller mehr, sondern hat das Potenzial zur Kohlenstoffsenke. Pflanzenkohlehaltiger Beton (Charcrete) kann in allen Bauprojekten eingesetzt werden, um deren Ökobilanz zu verbessern.
Grad der Entwicklung bei Beton
Innerhalb der letzten Jahre haben einige Produkte die Marktreife erlangt. Pflanzenkohlehaltiger Beton ist bereits in Form von Betonfertigteilen und Beton-Pflastersteinen erhältlich. Derzeit werden in öffentlichen und privaten Forschungsvorhaben diverse Rezepturen von pflanzenkohlehaltigem Beton entwickelt. Beispielsweise wird zur Schaffung von Kohlenstoffspeichersystemen basierend auf kohlenstoffneutralem Beton an der Verwendung von Pflanzenkohle in Kombination mit Kalziumcarbonat (CaCO3) in Beton geforscht5Winters D, Boakye K, Simske S. Toward Carbon-Neutral Concrete through Biochar–Cement–Calcium Carbonate Composites: A Critical Review. Sustainability. 2022; 14(8):4633. https://doi.org/10.3390/su14084633.
Anwendung
Sollte Pflanzenkohle in Beton Verwendung finden, empfiehlt es sich, die regionalen Gesetze für Schadstoffe zu beachten.
Zur Herstellung von pflanzenkohlehaltigem Beton wird eine Zugabe von 1-3% Pflanzenkohle als optimal betrachtet6Shailey Singhal (2022) Biochar as a cost-effective and eco-friendly substitute for binder in concrete: a review, European Journal of Environmental and Civil Engineering, DOI: 10.1080/19648189.2022.2068658. Weitere Anbieter geben mehr als 10% feinkörnige Pflanzenkohle zum Beton. Für den gezielten Einsatz muss die Pflanzenkohle sorgfältig ausgewählt werden, da jede Pflanzenkohle unterschiedlich ist aufgrund der Ausgangsmaterialien sowie der Art und Weise ihrer Herstellung.
Der Prozess der Verbindung mit Beton ist irreversibel, also nicht rückgängig zu machen. Die Pflanzenkohle wird somit immer mit dem Beton in Verbindung bleiben, auch in jedem Recyclingzyklus. Für die Pflanzenkohle muss bei der Verwendung in Beton keine Abbaurate angenommen werden – sie bleibt also zu 100 Prozent langfristig gespeichert.
Zertifizierung
In Deutschland ist es seit 2022 möglich, ein in seinem Carbon Footprint reduziertes Beton-Produkt nach der Concrete Sustainability Council (CSC)-Zertifizierung für die Zement-, Rohstoff- und Betonindustrie zertifizieren zu lassen7https://www.csc-zertifizierung.de/.
Pflanzenkohle, die in einem Beton-Produkt Verwendung finden soll, kann nach dem European Biochar Certificate (EBC) in der niedrigsten Qualitätsklasse EBC-BasicMaterial zertifiziert werden, wodurch auch die Anforderungen der EU-REACH-Verordnung eingehalten werden8REACH COMMISSION REGULATION (EU) No 1272/2013 of 6 December 2013 amending Annex XVII to Regulation (EC) No 1907/2006 of the European Parliament and of the Council on the Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals (REACH) as regards pol. EU-Regulation 2013, 1272/2013. Damit sind grundlegende Ansprüche an die Pflanzenkohle gesichert9https://www.european-biochar.org/media/doc/7/version_de_10_1_trackchanges.pdf.
Soll ein Beton-Additiv außerhalb der europäischen Anforderungen eingesetzt werden, kann seit September 2023 das World Biochar Certificate (WBC) in der Klasse WBC-Material erworben werden, um die nachhaltige Produktion zu garantieren.
Bei Beton ist die Möglichkeit, dass eine Auswaschung von Schwermetallen vorkommt, gering. Aus diesem Grund verlangt EBC-Rohstoff nur die Deklaration von Schwermetallgehalten, legt aber keine Grenzwerte fest. Organische Schadstoffe müssen zum Teil unter Einhaltung spezifischer Grenzwerte analytisch nachgewiesen werden. Der Standard sieht außerdem vor, dass EBC-Rohstoffe “ausschließlich an andere Unternehmen (B2B) gehandelt” werden dürfen, die bestimmten Anforderungen im Handling gerecht werden.
Eine weitere Klasse ist EBC-Gebrauchsmaterialien, die wie EBC-Basic für Nicht-Bodenanwendungen vorgesehen ist, jedoch einen strengeren PAK10PAK = Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe-Grenzwert für die Verwendung in Kontakt mit Lebewesen und Ökosystemen aufweist. Eine dritte Klasse ist EBC-Urban, die für die Verwendung von Pflanzenkohle bei z.B. städtischem Grün und Regenwasserfilterung eingesetzt wird und verhindern soll, dass Grund- und Oberflächenwasser kontaminiert wird. Bei dieser Klasse gelten im Gegensatz zu EBC-Rohstoffe ein strengerer Grenzwert für EFSA PAK (1 g/t TS) und die Deklaration von weiteren 16 organischen Schadstoffen nach EPA-Vorgaben11https://www.efsa.europa.eu/en/news/efsa-opinion-suitable-indicators-both-occurrence-and-toxicity-polycyclic.
Diese Unterschiede ergeben sich aus der “Zulässigkeit von Pflanzenkohle für einen bestimmten Zweck in Bezug auf geltende Gesetze, Vorschriften und relevante Industrienormen” unabhängig von deren Güte. Weitere Klassen sollen 2022 eingeführt werden, orientiert am Bedarf, z.B. spezifisch für Baumaterialien12https://www.european-biochar.org/media/doc/7/version_de_10_1_trackchanges.pdf.
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