Das Verfahren soll in weiterer Folge den Grundstein für ein effizientes Verfahren zum Recycling von Beton legen. Mit dem Prozess soll die Menge an weggeworfenem Bauschutt reduziert und die CO2-Emissionen, die bei der Zementherstellung auftreten, verringert werden. Die Vorgehensweise basiert auf einer Technik, mit der russische Forscher schon in den 1940er-Jahren experimentiert haben.
Grüne Technologie
In Deutschland wurden im Jahr 2010 rund 130 Mio. Tonnen Beton entsorgt. Die einzige Recycling-Methode ist das Zermahlen von alter Bausubstanz. Da die einzelnen Ausgangsstoffe so jedoch nicht sauber voneinander zu trennen sind, wird das Ergebnis grossteils im Strassen- und Gleisbau verwendet. Durch das neue Verfahren könnte die Wiederverwertungsquote von Beton laut den Wissenschaftlern auf rund 80 Prozent verzehnfacht werden. Sowohl der entstehende Zementstein als auch die verschiedenen grossen Gesteinskörner können durch eine saubere Trennung für hochwertige Produkte wiederverwertet werden.
«Die derzeitigen Verfahren führen zu einem Downcycling. Der Beton wird kleingebrochen und kann nur noch für minderwertigere Produkte verwendet werden, da im Endprodukt nach dem Brechvorgang Zementstein und Zuschlag immer noch aneinander haften. Unser Verfahren liefert nach rund 50 Blitzen innerhalb von cirka zehn Sekunden den verwendeten Zuschlag nahezu frei von Zusammenhaftungen. Die Reste des Zementsteins liegen dann in Pulverform vor», sagt Christof Karlstetter vom IBP.
Weniger CO2
Der Kies und Sand, der so gewonnen wird, kann nach dem derzeitigen Stand wahrscheinlich ohne Probleme wieder für neuen Beton verwendet werden, auch wenn er momentan noch teurer ist, als Neuware. Das ändert sich aber, da Sand in vielen Ländern bereits knapper und damit teurer wird. Zudem wird Deponieraum immer knapper und die Entsorgung von Altbeton immer kostenintensiver. «Der Energieverbrauch pro Tonne liegt bei unserer Technologie etwa im Bereich der Backenbrecher, mit denen Altbeton heute zermahlen wird», verdeutlicht Karlstetter.
Acht bis 15 Prozent des jährlichen weltweiten CO2-Ausstosses stammen aus der Zementerzeugung. Längerfristig wollen die Forscher auch einen Zementersatzstoff aus Altbeton gewinnen. So liesse sich der Bedarf an neuem Zement und somit der CO2-Ausstoss deutlich senken. «Wir können bereits Kalziumcarbonat mit dem Verfahren aus Altbeton gewinnen.
Zur Zeit wird der Beton kleingebrochen und kann nur noch für minderwertigere Produkte verwendet werden. /
Dieser Kalk kann als Rohstoff in der Zementerzeugung verwendet werden und senkt so den CO2-Ausstoss. Die Firmen profitieren, weil sie sich den Kauf teurer CO2-Zertifikate ersparen», so Karlstetter.
Kurze Blitze
Schlägt ein Blitz in Beton ein, sucht er sich wie auch in anderen Materialien den Weg des kleinsten Widerstandes, konkret ist das entlang der Grenzflächen zwischen den Materialien. Dabei schwächen die beim Verfahren erzeugten Vorentladungen das Material mechanisch. Der tatsächliche Blitz erzeugt dann einen sich ausweitenden Plasmakanal entlang seines Weges durch den Beton. Dadurch entsteht im Inneren eine Druckwelle, die das Material in seine Bestandteile zerlegt. Derzeit schafft ein Prototyp einer Versuchsanlage eine Tonne Beton pro Stunde.
Die Schwierigkeit, einen Blitz durch Beton zu leiten, besteht darin, dass das Material eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist. Die elektrische Entladung bevorzugt daher den Weg durch Luft oder Wasser. Allerdings haben russische Forscher in den 1940er-Jahren herausgefunden, dass dieser Widerstand eines Materials nicht konstant ist. Je nach Dauer der Entladung kann sich der Wert ändern. Bei Blitzen, die kürzer währen als 500 Nanosekunden, ist die Durchschlagsfestigkeit von Wasser höher als jene von Beton. Das haben die Forscher des Fraunhofer Instituts für sich genutzt.
Andere Verbundstoffe
Für ihr Verfahren wird der Beton unter Wasser gesetzt und mit 150-Nanosekunden-Blitzen behandelt. So können sie sichergehen, dass die Entladung das Material auch tatsächlich durchschlägt. Frühestens in zwei Jahren sollen Anlagen verfügbar sein, die 20 Tonnen Beton pro Stunde zerlegen können. Damit liesse sich bereits ökonomisch sinnvoll arbeiten. Mit derselben Blitz-Methode lassen sich auch andere schwer recycelbare Stoffe zerlegen.
«Wir können beispielsweise Glas- und Metallfasern aus Beton holen und Karbonfasern aus Kohlenfaserverbundwerkstoffen lösen. Sehr interessant ist die Verwertung von Schlacke aus Müllverbrennungsanlagen. Mit unserer Methode können wir den Anteil der rückführbaren Rohstoffe aus den Verbrennungsrückständen bereits von 15 bis 20 auf 50 Prozent steigern», erläutert Karlstetter.
Vor allem magnetische sowie nichtmagnetische Metalle und Glas können relativ einfach aus dem Granulat, das nach dem Zerlegen der Schlacke mit Hochspannung übrigbleibt, aussortiert werden. Der Wissenschaftler: «Längerfristig soll die Schlacke nach der Entfernung von Schwermetallen, Sulfaten und Chloriden auch als Binder in Beton verwendet werden können, da sie in Kontakt mit Wasser erhärtet. Im Labor können wir bereits einen Prozentsatz des Zements bei der Betonherstellung damit ersetzen», erklärt der Fraunhofer-Forscher., so Karlstetter.
Kurze Blitze
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Die Schwierigkeit
