Projektbeschreibung

Das Projekt K4 (Kohlendioxidreduktion durch kalkarme Klinker und Karbonatisierungshärtung bei der Betonherstellung) vereint die direkte Vermeidung prozessbedingter CO₂-Emissionen (Carbon Direct Avoidance) in der Klinkerherstellung und die dauerhafte Einbindung von Kohlendioxid in Beton durch die Karbonatisierungshärtung. Die TUM hat sich intensiv mit der dauerhaften Einbindung von CO₂ im Beton und den Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit beschäftigt. Weiterhin wurde von der TUM eine ökologische Bewertung (LCA) durchgeführt. 

Es wurden zwei Bindemittel, ein CEM I 52,5 N und ein belitreicher K4 Zement, hinsichtlich ihrer Karbonatisierungseffizienz von der TUM untersucht. Die Karbonatisierungshärtung wird durch die Bindemittelzusammensetzung, die relative Luftfeuchtigkeit, die CO₂-Konzentration und die Karbonatisierungsdauer beeinflusst. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass durch optimale Bedingungen (80 % r.F., 50 % CO₂) die Karbonatisierung steigert, wobei längere Vorlagerung bei niedriger relativer Feuchtigkeit diese reduziert.

Im nächsten Schritt wurde die Wirkung der Karbonatisierungshärtung auf die Mikrostruktur, die Phasenentwicklung und die Dauerhaftigkeit untersucht. Durch die Karbonatisierungshärtung wurde die Mikrostruktur verdichtet, was sich positiv auf die Dauerhaftigkeit auswirkte. Der K4 Zement wies jedoch aufgrund seiner mineralogischen Zusammensetzung eine geringe Hydratphasenbildung auf, wodurch die Festigkeit verringert wurde. Insgesamt konnte die TUM nachweisen, dass karbonatisierungsgehärtete Betone den Dauerhaftigkeitsstandards entsprechen und somit die Lebensdauer der Betonprobekörper erhalten bleiben. 

Die TUM führte die Lebenszyklusanalyse (LCA) auf Material- und Produktebene durch. Der K4 Zement, hergestellt mit Recyclingmaterial und niedriger Brenntemperatur, reduzierte das global warming potential (GWP) gegenüber einem herkömmlichen CEM I. Die Betonprobekörper mit dem K4 Zement zeigten eine höhere CO₂-Aufnahme als CEM I im Werk der Industriepartner Lithonplus. Die Nutzung von Grünstrom bei der CO₂-Abscheidung senkte das GWP deutlich.

Das K4 Projekt wurde vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) innerhalb der Maßnahme KlimPro-Industrie gefördert und gemeinsam mit der Heidelberg Materials AG, Lithonplus, IBU-tec, Kraft Curing Systems GmbH und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg von 2021 bis 2025 durchgeführt.