Die Baustoffherstellung gehört zu den großen Kohlendioxidemittenten. Das soll sich ändern: Ein Team aus den USA hat einen Zement entwickelt, der eine negative Kohlendioxid-Bilanz haben soll.

Das Team um Alessandro Rotta Loria von der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois nutzt Meerwasser, Kohlendioxid und elektrischen Strom, um Baustoffe herzustellen – Beton, Zement, Gips oder Anstrich.

"Zement, Beton, Anstriche und Putze bestehen üblicherweise aus Mineralien auf Kalzium- und Magnesiumbasis, die häufig aus Zuschlagstoffen – also Sand – gewonnen werden", sagt Rotta Loria. "Derzeit kommt der Sand aus Bergen, Flussbetten, von Stränden und vom Meeresboden."

Sand aus Meerwasser

Das Team habe zusammen mit dem Baustoffhersteller Cemex einen alternativen Ansatz zur Sandgewinnung entwickelt, erzählt der Forscher: "Nicht durch Baggern, sondern durch die Nutzung von Elektrizität und Kohlendioxid, um sandähnliche Materialien in Meerwasser zu erzeugen." Meerwasser deshalb, weil es in größerem Maß verfügbar ist als Süßwasser.

Dazu werden Elektroden in Meerwasser gehängt und ein schwacher Strom angelegt. Dieser spaltete Wassermoleküle in Wasserstoff und Hydroxidionen. Währenddessen leiteten sie gasförmiges Kohlendioxid in das Meerwasser. Dadurch änderte sich die chemische Zusammensetzung des Wassers und die Konzentration der Hydrogencarbonat-Ionen stieg.

Schließlich reagierten die Hydroxid- und Hydrogencarbonat-Ionen mit weiteren, im Meerwasser gelösten Ionen, wie Kalzium und Magnesium. Dabei flocken die festen Mineralien Kalziumkarbonat und Magnesiumhydroxid aus.

Prozess wie bei der Bildung von Korallen

Daraus wird dann Sand. Kalziumkarbonat wirkt direkt als Kohlendioxidsenke, Magnesiumhydroxid bindet den Kohlenstoff durch weitere Wechselwirkungen mit Kohlendioxid. Der Prozess ähnelt der Art und Weise, wie etwas Korallen ihre Skelette bilden.

Durch die Änderung von Parametern wie Spannung und Stromstärke, der Menge und dem Zeitpunkt der Zugabe des Kohlendioxids sowie der Meerwasserzirkulation im Reaktor ließ sich die Zusammensetzung der Mineralien verändern. Sie wurden flockiger und poröser oder dichter und härter, aber immer bestehen sie hauptsächlich aus Kalziumkarbonat und/oder Magnesiumhydroxid.

"Wir haben gezeigt, dass wir bei der Erzeugung dieser Materialien ihre Eigenschaften, wie die chemische Zusammensetzung, Größe, Form und Porosität, vollständig kontrollieren können", sagt Rotta Loria. "Das gibt uns eine gewisse Flexibilität bei der Entwicklung von Materialien, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind." Sie könnten als Ersatz für Sand oder Kies bei der Herstellung von Baustoffen verwendet werden – diese machen beispielsweise 60 bis 70 Prozent von Beton aus.

Kohlendioxidemittent Zementindustrie

Die Zementindustrie ist nach Angaben des World Economic Forum der viertgrößte Emittent von Kohlendioxid. Etwa 8 Prozent gehen auf ihr Konto. "Wir könnten einen Kreislauf schaffen, bei dem wir das Kohlendioxid direkt an der Quelle binden", sagt Rotta Loria. "Und wenn sich die Beton- und Zementwerke an der Küste befinden, könnten wir das Meer direkt daneben nutzen, um spezielle Reaktoren zu speisen, in denen Kohlendioxid mithilfe von sauberem Strom in Materialien umgewandelt wird, die für unzählige Anwendungen in der Bauwirtschaft verwendet werden können."

Weiterer Vorteil: Sand für Baustoffe ist knapp und wird in immer größeren Tiefen in Flüssen und Ozeanen abgebaut oder tiefer aus der Erde gegraben. Das schädigt nur die Umwelt und treibt auch die Kosten nach oben. Es haben sich sogar kriminelle Organisationen gebildet, auch Sandmafias genannt, die illegal Sand fördern. Hier könnte der künstlich geschaffene Sand Abhilfe schaffen.