Koh­lens­tof­far­mer Ze­ment für kom­pro­miss­lose Trag­werks­pla­nung

Zement und Beton stehen aufgrund ihrer Umweltbelastung in der Kritik. Zementbasierte Baustoffe machen drei Viertel aller weltweit verwendeten Materialien aus (rund 30 Mia. Tonnen pro Jahr). Ihre Produktion ist für etwa 8 % der globalen, anthropogenen CO₂-Emissionen verantwortlich.

Woher kommt das CO₂?

Ein wirksamer Hebel zur CO₂-Einsparung bei der Betonherstellung ist die Reduktion des Klinkeranteils im Zement. Portlandzement besteht etwa zu 80 % aus Kalkstein. Die übrigen 20 % bilden vor allem tonreiche Materialien. Beim Erhitzen findet zwischen 700 und 900 °C die Entkarbonisierung des Kalksteins statt. Aus Kalziumkarbonat (CaCO₃) entstehen Calciumoxid (CaO, Branntkalk) und Kohlendioxid (CO₂).

Diese unvermeidliche chemische Reaktion verursacht etwa 60 % der gesamten CO₂-Emissionen bei der Portlandzementherstellung. Bei Temperaturerhöhung auf etwa 1450 °C reagiert der neu gebildete Branntkalk mit den von den Tonmineralien gelieferten Kieselsäure-, Aluminium- und Eisenoxiden und bildet die reaktiven Klinkerphasen. Für diese hohen Temperaturen werden heute meist fossile Brennstoffe verwendet, was massgeblich zu den verbleibenden 40 % des CO₂-Fussabdrucks der Zementindustrie beiträgt. 

Obwohl Zement nur etwa 10 % des Betonvolumens ausmacht, ist seine Herstellung für etwa 85 bis 90 % der grauen Umweltbelastung von Beton verantwortlich.

Weniger Klinker, weniger CO₂

LC³ wirkt sich positiv auf beide Emissionsquellen aus, die prozessbedingten und die Herstellungsenergie. Bis zu 50 % des Klinkers im Zement werden durch eine Kombination aus gebranntem Ton und Kalkstein ersetzt. Damit reduziert sich der CO₂-Fussabdruck des Zements um bis zu 40 % – unter Beibehalt der mechanischen Eigenschaften und der Dauerhaftigkeit. Die entstehenden Hydratationsprodukte sind weitgehend mit denen von Portlandzementsystemen vergleichbar. 

Da der gebrannte Ton bei nur 700 bis 800 °C entsteht, wird der Herstellungsenergiebedarf erheblich reduziert. Der Kalkstein wird zudem grösstenteils in seiner natürlichen, ungebrannten Form (Calciumcarbonat, CaCO₃) ohne weitere thermische Behandlung verwendet.

Leicht verfügbar

Zu einem Durchbruch von LC³ könnte seine Skalierbarkeit verhelfen. Viele derzeit gebräuchliche zementäre Zusatzstoffe, die den Klinkeranteil reduzieren können, sind Nebenprodukte anderer Industrien, was ihre Verfügbarkeit sowohl einschränkt als auch geografisch ungleichmässig verteilt. 

LC³ hingegen basiert auf Materialien, die weltweit genügend vorhanden und weit verbreitet sind. Diese einzigartige Kombination aus Leistungsfähigkeit und Ressourcenverfügbarkeit verleiht LC³ sein Potenzial für den grossflächigen Einsatz.

Würde ein Drittel der globalen Zementproduktion mit LC³-50 (einer Mischung, die 50 % des Klinkers ersetzt) stattfinden, würde dies etwa 250–300 Mio. Tonnen CO2 einsparen.
Kalzinierter Ton wird derzeit in rund 35 Anlagen weltweit hergestellt, und kommerzielle LC³-Produkte sind in mehreren Ländern erhältlich, etwa in Frankreich, Ghana, Kolumbien, dem Oman und der Schweiz.

Belastbar und dauerhaft wie gehabt

Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat sich LC³ erfolgreich von Pilotprojekten zu einem praxiserprobten Baustoff entwickelt, der in Gebäuden und Infrastrukturprojekten auf mehreren Kontinenten eingesetzt wurde, ohne dabei Kompromisse bei der mechanischen Belastbarkeit, der Verarbeitbarkeit oder der Dauerhaftigkeit einzugehen.

Bei herkömmlichen Betonanwendungen ist der Übergang von Portlandzement zu LC³ bemerkenswert einfach. LC³-Beton weist hervorragende Frisch- und Festbetoneigenschaften auf und erfordert nur geringfügige Anpassungen der Zusatzmitteldosierung, um die gewünschte Verarbeitbarkeit zu erreichen. Bestehende Mischanlagen, Pumpanlagen, Einbautechniken und Aushärtungsverfahren können ohne Anpassungen verwendet werden.

Auch anspruchsvolle, statische Aufgaben sind möglich. Beim Projekt «Doppeldeck» auf dem EPFL-Campus umfasst die Dachkonstruktion Spannbetonbalken mit einer Spannweite von ca. 20 Metern. Diese Elemente konnten in der Festigkeitsklasse C40/50 mit LC³ erfolgreich umgesetzt werden.

Bemessung bleibt

LC³ erfordert keine grundlegende Überarbeitung der Bemessungsverfahren. Bestehende Bemessungsprinzipien, empirische Zusammenhänge und festigkeitsbasierte Bemessungsansätze lassen sich direkt auf LC³-Betone anwenden.

LC³ auf Dauer?

Studien zeigen ein vielversprechendes Verhalten auf. Die Beständigkeit gegen Chlorideintritt – die Hauptursache für Bewehrungskorrosion in Stahlbetonkonstruktionen – hat sich im Vergleich zu Portlandzementsystemen (OPC) durchweg verbessert. Ebenso weist LC³ eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber der Alkali-Kieselsäure-Reaktion auf – für die Schweiz ein relevanter Aspekt: reaktive Gesteinskörnungen sind hier weit verbreitet. Auch die Frost-Tau-Beständigkeit ist mit der von herkömmlichem Portlandzement vergleichbar, einschliesslich der vollen Kompatibilität mit Standard-Luftporenbildnern.

Die Karbonatisierung schreitet bei LC³ allerdings schneller voran als bei Portlandzement, was eine Bewertung des Korrosionsrisikos (für beide Arten) nötig macht.

Das Entwickelte umsetzen

LC³ ist kein Kompromiss, sondern vielmehr eine Verbesserung herkömmlicher Portlandzementsysteme. Durch die drastische Reduzierung des Klinkeranteils bei vergleichbaren mechanischen Eigenschaften, Dauerhaftigkeit und Vielseitigkeit bietet er einen realistischen Weg zu einem neuen Paradigma in der Zement- und Betonherstellung.
 

Dieser Artikel wurde erstmals in espazium quaderni 5/2026 unter dem Titel «Low-carbon cement for uncompromised structural design» veröffentlicht. Die vorliegende Übersetzung wurde mithilfe künstlicher Intelligenz erstellt und an­schliessend von der Redaktion überarbeitet.