Sicherer und nachhaltiger Geopolymer-Beton
Wissenschaftler suchen aktiv nach kohlenstoffarmen Alternativen zu Portlandzement. Eine Lösung sind Geopolymerwerkstoffe, CO2-arme Bindemittel, die durch Wiederverwendung von Industrieabfällen wie Flugasche aus Kohlekraftwerken oder Hochofenschlacke hergestellt werden können. Allerdings wird die Entwicklung von synthetischen Baustoffen derzeit durch Bedenken im Hinblick auf die öffentliche Gesundheit und Sicherheit behindert. DasEU-finanzierte Horizont 2020-Projekt By-BM (By-products for Building Materials) hat sich diesen Herausforderungen gestellt und hat umweltfreundliche Geopolymer-Baustoffe entwickelt, die den Sicherheitsstandards entsprechen. „Die Initiative kombiniert die Erfahrungen aus der Geopolymer- und Strahlenforschung mit dem Ziel, neue öko-innovative Baustoffe mit geringem CO2-Fußabdruck durch Recycling industrieller Nebenprodukte zu entwickeln“, sagt Projektkoordinator Prof. Marios Soutsos. Geopolymer-Beton bietet neben deutlich geringeren CO2-Emissionen mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichem Portlandzement. Zum Beispiel bietet er eine bessere Feuerbeständigkeit und eine rentable Verwendung für „Abfallstoffe“, die andernfalls zur Deponierung bestimmt sein könnten. Bedenken angesprochen Obwohl der Geopolymer-Beton sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus nachhaltiger Sicht von Nutzen sein kann, melden Behörden und Wissenschaftler Bedenken an. „In einigen Fällen können Bestandteile des Nebenprodukts die menschliche Gesundheit gefährden und Umweltrisiken mit sich bringen. Neben den potenziell toxischen Verbindungen besteht ein mögliches Risiko durch erhöhte Mengen an natürlich vorkommenden Radioisotopen (NOR)“, erklärt Dr. Zoltán Sas, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei By-BM. Die Projektpartner entwickelten daher innovativen, CO2-armen und eigensicheren Geopolymer-Beton aus Industrieabfällen mit möglichst geringem radiologischem Risiko gemäß den in der EU-Richtlinie (2013/59/Euratom) definierten grundlegenden Sicherheitsnormen der Europäischen Union. Forscher sammelten wissenschaftliche Berichte über den Gehalt an natürlich vorkommenden Radioisotopen in industriellen Nebenprodukten und bauten eine Datenbank auf, um Informationen über die globale Situation bereitzustellen. Darüber hinaus wurden Daten zu verschiedenen industriellen Nebenprodukten aus verschiedenen europäischen Ländern erhoben. Dazu gehörten Luftreinigungsrückstände aus der Hausmüllverbrennung, Flugasche aus Kohlekraftwerken, Zementofenstaub, verbrannte Klärschlammasche und Rotschlamm aus der Aluminiumoxidproduktion. Datenbank von Geopolymer-Proben Wissenschaftler bestimmten die mineralogische und chemische Zusammensetzung der Nebenprodukte mittels Röntgenbeugung und Röntgenfluoreszenz sowie den NOR-Gehalt mittels hochauflösender Gammaspektrometrie. Die Freisetzungsrate von Radon, einem radioaktiven gasförmigen Element, wurde mithilfe einer an aktive Radonmonitore angeschlossenen Radonakkumulationskammer gemessen. „Aufgrund der Gammaspektrometrie wurden neue Informationen über den NOR-Gehalt bestimmter Nebenprodukte wie Zementofenstaub, Klärschlammasche und Staub aus Müllverbrennungsanlagen veröffentlicht“, kommentiert Prof. Soutsos. Das Konsortium klassifizierte auch Geopolymer-Proben nach den aktuellen nationalen Gesetzen, Normen und Empfehlungen auf der Grundlage ihres NOR-Gehalts. Die Online-Version des Entwurfs der NOR-Datenbank kann zur Identifizierung der sicheren Auswahl von Materialien nach ihren Bestandteilen, d. h. der Verwendung von Nebenprodukten und anderen Rohstoffen, verwendet werden. Nach Ansicht von Prof. Soutsos und Dr. Sas ist es mit der Datenbank „möglich, die Materialien mit erhöhtem Risiko und darüber hinaus deren mögliche Variabilität zu identifizieren.“ Mit By-BM kann die Bauindustrie die sichere Verwendung von Nebenprodukten im Geopolymer-Beton anhand ihrer radiologischen Eigenschaften überprüfen. „Damit können die Forscher besser verstehen, wie Strahlenschutzaspekte industrieller Nebenprodukte bei der Wiederverwendung dieser Materialien für neue Baustoffe berücksichtigt werden sollten und wie das Risiko, das vom NOR-Gehalt ausgeht, minimiert werden kann“, schlussfolgert Prof. Soutsos.
Schlüsselbegriffe
By-BM, Geopolymer, Beton, natürlich vorkommende Radioisotope (NOR), Kohlenstoffdioxid (CO2)
