Bei jedem Schritt des Herstellungsprozesses hat die Zementproduktion Auswirkungen auf die Umwelt . Dazu gehören Kalksteinbrüche, die schon von weitem sichtbar sind und die lokale Umwelt dauerhaft verändern können, Emissionen von Luftschadstoffen in Form von Staub und Gasen, Lärm und Vibrationen beim Betrieb von Maschinen sowie Sprengungen in den Steinbrüchen.
Umweltauswirkungen der Zementherstellung
Zwischen 4 und 8 % der weltweiten CO₂-Emissionen stammen aus Beton , dessen Umweltauswirkungen komplex sind und von seiner Herstellung, seinen Anwendungen sowie seinen direkten Auswirkungen auf Infrastruktur und Gebäude beeinflusst werden. Zement, der neben seinen eigenen ökologischen und sozialen Folgen auch die von Beton maßgeblich beeinflusst, ist ein wichtiger Bestandteil dieser Folgen.
1. Kohlendioxidemissionen und Klimawandel
Da bis zu 5 % aller vom Menschen verursachten CO2-Emissionen in der Zementindustrie entstehen, wovon 50 % auf chemische Reaktionen und 40 % auf die Verbrennung von Brennstoffen zurückzuführen sind, ist sie einer der beiden größten Gasproduzenten der Welt, die zum Klimawandel beitragen.
Der geschätzte CO2-Ausstoß für die Herstellung von Konstruktionsbeton (mit etwa 14 % Zement) beträgt 410 kg/m3 (oder etwa 180 kg/t bei einer Dichte von 2.3 g/cm3); dieser Ausstoß verringert sich auf 290 kg/m3, wenn 30 % Flugasche anstelle von Zement verwendet wird.
Für jede produzierte Tonne Zement werden 900 kg CO2 in die Atmosphäre freigesetzt, was 88 % der Emissionen einer durchschnittlichen Betonmischung ausmacht. Die CO2-Emission bei der Betonherstellung ist direkt proportional zum in der Betonmischung verwendeten Zementgehalt.
Bei der thermischen Zersetzung von Calciumcarbonat entstehen Kalk und Kohlendioxid, was bei der Zementherstellung zu Treibhausgasemissionen führt. Auch der Energieverbrauch bei der Zementproduktion trägt zu diesem Problem bei, insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe .
Die Tatsache, dass Beton eine sehr geringe graue Energie pro Masseeinheit hat, ist ein Aspekt des Betonlebenszyklus, der Aufmerksamkeit verdient. Dies ist vor allem auf die Verfügbarkeit und häufige Zugänglichkeit der bei der Betonherstellung verwendeten Komponenten wie Wasser, Puzzolane und Zuschlagstoffe in lokalen Ressourcen zurückzuführen.
Dementsprechend verbraucht die Zementherstellung 70 % der grauen Energie im Beton, während der Transport nur 7 % verbraucht.
Beton hat eine geringere graue Energie pro Masseneinheit als die meisten anderen Baumaterialien, abgesehen von Holz, mit einer gesamten grauen Energie von 1.69 GJ/Tonne. Aufgrund der enormen Masse von Betonbauwerken ist dieser Vergleich nicht immer sofort entscheidungsrelevant.
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass diese Schätzung auf Betonmischungsanteilen mit nicht mehr als 20 % Flugasche basiert. Schätzungen zufolge führt der Ersatz von einem Prozent Zement durch Flugasche zu einer Verringerung des Energieverbrauchs um 0.7 %. Dies würde zu beträchtlichen Energieeinsparungen führen, da einige vorgeschlagene Mischungen bis zu 80 % Flugasche enthalten.
Laut einem Bericht der Boston Consulting Group aus dem Jahr 2022 führen Investitionen in die Entwicklung umweltfreundlicherer Zemente zu größeren Einsparungen von Treibhausgasen als Investitionen in die Stromerzeugung und die Luftfahrt.
2. Oberflächenabfluss
Überschwemmungen und schwere Bodenerosion können durch Oberflächenabfluss verursacht werden, der auftritt, wenn Wasser von undurchlässigen Oberflächen wie nicht porösem Beton abfließt. Benzin, Motoröl, Schwermetalle, Abfall und andere Schadstoffe landen häufig im städtischen Abfluss von Bürgersteigen, Straßen und Parkplätzen.
Ohne Dämpfung reduziert die undurchlässige Abdeckung eines typischen Ballungsgebiets die Grundwasserversickerung und führt zu fünfmal so viel Abfluss wie ein typisches Waldgebiet derselben Größe.
Viele Pflasterungsprojekte der letzten Zeit haben damit begonnen, durchlässigen Beton zu verwenden, der ein gewisses Maß an automatischem Regenwassermanagement bietet, um die nachteiligen Folgen von undurchlässigem Beton auszugleichen.
Beton wird sorgfältig mit sorgfältig berechneten Zuschlagstoffanteilen verlegt, um durchlässigen Beton zu erzeugen, der es ermöglicht, dass Oberflächenabfluss durchsickert und in das Grundwasser zurückgeführt wird.
Dadurch wird sowohl die Überschwemmung als auch die Grundwasseranreicherung erleichtert. Durchlässiger Beton und andere Bereiche mit diskreter Oberfläche können als automatischer Wasserfilter fungieren, indem sie den Durchgang einiger gefährlicher Schadstoffe wie Öle und anderer Chemikalien blockieren, wenn sie entsprechend gebaut und beschichtet sind.
Leider gibt es immer noch Nachteile bei der Verwendung von durchlässigem Beton in breitem Umfang. Seine geringere Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Beton beschränkt die Verwendung auf Bereiche mit geringer Belastung, und es muss sorgfältig installiert werden, um die Anfälligkeit für Frost-Tau-Schäden und Schlammbildung zu minimieren.
3. Städtische Hitze
Der sogenannte städtische Wärmeinseleffekt wird hauptsächlich durch Beton und Asphalt verursacht. Bis 2060 werden weltweit voraussichtlich 230 Milliarden m² (2.5 Billionen ft²) an Gebäuden hinzukommen, was der Fläche des derzeitigen globalen Gebäudebestands entspricht.
Laut der Abteilung für wirtschaftliche und soziale Angelegenheiten der Vereinten Nationen werden bis 68 voraussichtlich 2050 % der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten leben. Aufgrund des zusätzlichen Energieverbrauchs und der dadurch verursachten Luftverschmutzung stellen befestigte Oberflächen eine ernsthafte Bedrohung dar .
Eine Region hat viele Möglichkeiten zur Energieeinsparung. Der Bedarf an Klimatisierung sollte idealerweise bei sinkenden Temperaturen sinken und so Energie sparen.
Studien darüber, wie sich reflektierende Gehwege auf umliegende Strukturen auswirken, haben jedoch gezeigt, dass ohne reflektierendes Glas auf den Gebäuden die vom Gehsteig reflektierte Sonnenstrahlung die Gebäudetemperatur erhöhen und den Bedarf an Klimaanlagen erhöhen kann.
Darüber hinaus können lokale Temperaturen und Luftqualität durch die Wärmeübertragung von Bürgersteigen, die Städte bedecken, beeinflusst werden. Die Verwendung von Materialien, die weniger Sonnenenergie absorbieren, wie z. B. Gehwege mit hoher Albedo, kann den Wärmefluss in die städtische Umgebung einschränken und die UHIE regulieren. Heiße Oberflächen erwärmen die Stadtluft durch Konvektion.
Für Oberflächen aus heute verwendeten Pflastermaterialien reicht die Albedo von etwa 0.05 bis etwa 0.35. Pflastermaterialien mit hoher Anfangs-Albedo neigen dazu, im Laufe einer typischen Lebensdauer an Reflektivität zu verlieren, wohingegen solche mit niedriger Anfangs-Albedo an Reflexion gewinnen können.
Der Effekt des thermischen Komforts und die Notwendigkeit zusätzlicher Minderungsmaßnahmen, die die Gesundheit und Sicherheit der Fußgänger nicht gefährden, insbesondere bei Hitzewellen, sind weitere zu berücksichtigende Faktoren. Dabei wird der „Mediterranean Outdoor Comfort Index“ (MOCI) berechnet
Menschen sind Witterungs- und thermischen Komfortbedingungen ausgesetzt, daher sollten bei der Beurteilung dennoch städtebauliche Gesamtentwürfe berücksichtigt werden. Bei richtiger Kombination mit anderen Technologien und Techniken wie Vegetation, reflektierenden Materialien usw. kann die Verwendung von Materialien mit hoher Albedo in städtischen Umgebungen positive Auswirkungen haben.
4. Betonstaub
Bei Erdbeben und anderen Naturkatastrophen sowie bei Gebäudezerstörungen wird häufig viel Betonstaub in die Atmosphäre freigesetzt. Nach dem großen Hanshin-Erdbeben wurde festgestellt, dass die Hauptursache für die starke Luftverschmutzung Betonstaub war.
5. Radioaktive und toxische Verschmutzung
Gesundheitsprobleme können aus dem Einschluss einiger Verbindungen in Beton entstehen, einschließlich sowohl erwünschter als auch unerwünschter Zusatzstoffe. Abhängig von der Quelle der verwendeten Rohstoffe können in Betonbauwerken unterschiedliche Konzentrationen natürlich vorkommender radioaktiver Elemente (K, U, Th und Rn) gefunden werden.
Manche Steine geben zum Beispiel auf natürliche Weise Radon ab, und die Abfälle aus alten Minen enthielten früher viel Uran. Eine weitere Möglichkeit ist die versehentliche Verwendung toxischer Verbindungen infolge einer Kontamination durch einen nuklearen Unfall. Je nachdem, was vor dem Abbruch oder Riss im Beton enthalten war, kann Staub von Trümmern oder gebrochenem Beton große Gesundheitsrisiken darstellen.
Es ist jedoch nicht unbedingt riskant und kann sogar vorteilhaft sein, giftige Substanzen in Beton einzubetten. In einigen Fällen werden Zemente durch die Zugabe bestimmter Verbindungen, einschließlich Metalle, während des Hydratationsprozesses in einem sicheren Zustand immobilisiert und ihre Freisetzung in die Umwelt gehemmt.
6. Stickoxid (NRx)
Stickoxide (NOx) haben eine Reihe negativer Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt, darunter bodennahes Ozon, saurer Regen, globale Erwärmung, sich verschlechternde Wasserqualität und Sehbehinderung. Kinder und Personen mit Lungenproblemen wie Asthma gehören zu den betroffenen Gruppen, und die Exposition gegenüber diesen Erkrankungen kann das Lungengewebe von Menschen schädigen, die im Freien arbeiten oder Sport treiben.
7. Schwefeldioxid (SO2)
Hohe Konzentrationen von Schwefeldioxid (SO2) können die Atmung beeinträchtigen und bereits bestehende Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verschlimmern. Asthmatiker, Menschen mit Bronchitis oder Emphysem, Kinder und ältere Menschen gehören zu den empfindlichen Bevölkerungsgruppen. Die Hauptursache für sauren Regen oder Säureablagerung ist SO2.
8. Kohlenmonoxid (CO)
Durch die Verringerung der Sauerstoffversorgung der Organe und des Gewebes kann Kohlenmonoxid (CO) die Gesundheit schädigen. Es kann auch negative Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf- und Nervensystem haben. Smog, also bodennahes Ozon, das Atemwegserkrankungen verursachen kann, entsteht unter anderem durch CO.
9. Brennstoffe und Rohstoffe
Je nach Input und Verfahren verbraucht eine Zementmühle 3-6 GJ Brennstoff, um eine Tonne Klinker herzustellen. Die Hauptbrennstoffe, die heute von den meisten Zementöfen verwendet werden, sind Kohle, Petrolkoks und in geringerem Maße Erdgas und Heizöl.
Wenn sie strenge Kriterien erfüllen, können bestimmte Abfälle und Nebenprodukte mit wiedergewinnbarem Brennwert als Brennstoffe in Zementöfen verwendet werden, um einige der traditionellen fossilen Brennstoffe wie Kohle zu ersetzen.
Anstelle von Rohstoffen wie Ton, Schiefer und Kalkstein können bestimmte Abfälle und Nebenprodukte, die nützliche Mineralien wie Kalzium, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Eisen enthalten, als Rohstoffe im Ofen verwendet werden.
Die Grenze zwischen alternativen Brennstoffen und Rohstoffen ist nicht immer klar, da bestimmte Materialien sowohl wertvolle Mineralstoffe als auch einen wiedergewinnbaren Heizwert haben.
Beispielsweise verbrennt Klärschlamm zu aschehaltigen Mineralien, die trotz eines geringen, aber erheblichen Heizwerts in der Klinkermatrix vorteilhaft sind.
Umweltauswirkungen der Zementherstellung – Häufig gestellte Fragen
Welche Umweltverschmutzung verursacht die Zementindustrie?
Wie viel CO2 entsteht bei der Zementherstellung?
Wie verursacht die Zementproduktion den Klimawandel?
Welche Umweltauswirkungen hat Beton?
Fazit
Aus dem, was wir in diesem Artikel gesehen haben, wissen wir, dass die Zementproduktion zwar ein notwendiger Bestandteil für die Entwicklung der Gesellschaft ist, aber schädlich für unsere Umwelt ist. Dies erfordert eine deutliche Weiterentwicklung weg vom Zement hin zu anderen nachhaltigen und umweltfreundlichen Alternativen zum Hochbau.