Wie der Zement-3D-Druck zur Dekarbonisierung beitragen kann
Seit den vergangenen Jahrzehnten nimmt die Anzahl der Weltbevölkerung stetig zu, was bedeutet, dass diese Menschen auch irgendwo untergebracht werden müssen. Konsequenterweise muss mit dieser steigenden Zahl auch die Menge an Unterkünften wachsen. Essentiell für dessen Bau sind zementhaltige Produkte, die zu den am meisten genutzten Ressourcen der heutigen Zeit zählen. Werfen wir einen Blick auf die von der UN DESA (Population Division) durchgeführten Studie zur Prognose der Weltbevölkerung in den kommenden Jahren, so könnte dies bedeuten, dass im Jahre 2060 bereits mehr als zehn Milliarden Menschen auf diesem Planeten leben. Mit Anbetracht der Produktion von Zement, die aktuell rund 8 % der gesamten CO2-Emissionen ausmacht, wird diese für das Bauwesen wohl noch weiter ansteigen. Dahergehend hat sich ein Forscherteam bestehend aus Ankita Gangotra, Emanuela Del Gado und Joanna I. Lewis, allesamt an der Georgetown University in den Vereinigten Staaten von Amerika tätig, mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks mit Zement und dem damit verbundenem Klimaschutz beschäftigt.
Die Bedrohung unserer Erde durch CO2 ist ein ernst zunehmendes Thema und da die Herstellung und Nutzung von Zement dabei eine große Rolle spielt, benötigt es den 3D-Druck, um eine Kohlenstoffneutralität im Bezug auf die Zement- und Betonlieferkette bis Mitte dieses Jahrhunderts zu erreichen. Das Ziel, mit dem sich die Forscherinnen im Zuge ihrer Arbeit beschäftigt haben, widmet sich der Dekarbonisierung im Zementsektor. Das bedeutet eine Veränderung der Wirtschaftsweise, die zu einer geringeren Ausschüttung von Kohlenstoff führen soll.
Ein Beispiel für den Zement-3D-Druck zeigt der Bau des ersten 3D-gedruckten Gebäudes in Österreichs (Bild: PERI 3D Construction GmbH)
Ist Klimaschutz durch den 3D-Druck mit Zement möglich?
Wir wissen, dass uns die additive Fertigung im Bausektor Einsparungen des Materials, der Zeit und Kosten verschafft und auch der menschliche Arbeitsaufwand dadurch minimiert wird, doch sprechen wir über die Möglichkeiten im Bezug auf den Klimaschutz, so geben die Forscherinnen an, dass der 3D-Druck noch viel Potential in sich birgt. Bezugnehmend auf die Lieferkette des Zements können dabei die Treibshausgasemissionen unter Verwendung des 3D-Drucks nachhaltig reduziert werden. Beginnend bei der Herstellung der 3D-druckbaren Mischungen bis hin zur finalen Endanwendung und somit zur Konstruktion von Bauwerken. Im ersten Schritt dieser Lieferkette, so geben die Forscherinnen an, dass dabei neuartige kohlenstoffarme 3D-druckbare Zementmischungen hergestellt werden können, die durch weitere zementhaltige Materialien verstärkt worden sind. Das könnte beispielsweise Industrieabfälle wie Flugasche oder Schlacke beinhalten, aber auch natürlich entstandene Materialien wie zum Beispiel Ton beinhalten. Das Forschungspapier führt weiter aus, dass auch alternative Bindemittel wie Geopolymere und recycelte Materialien aus konventionellen Beton dafür eingesetzt werden können. All diese Faktoren zur Erneuerung der Zementmischung für den anschließenden 3D-Druck kann zur Reduktion der Emissionen führen.
Betrachten wir den 3D-Druckprozess selbst, so führen die Forscherinnen weiter, dass Faktoren wie beispielsweise die Minderung an Materialabfällen zu Emissionseinsparungen führt, da beim 3D-Druck ausschließlich die Menge an Material verwendet wird, die schlussendlich auch gebraucht wird. Eine weitere Dekarbonisierung zeigt sich in der Möglichkeit der Materialien, die nämlich zum Teil aus lokalen Regionen gewonnen werden können, was verhindert, dass die Ressourcen einen weiten Lieferweg hinter sich bringen müssen und somit ebenfalls Emissionen einsparen können. Doch neben all diesen direkten Einflussfaktoren, die zum Klimaschutz beitragen können, zählen auch schädliche Umweltauswirkungen wie zum Beispiel die Bildung von Smog, die Schöpfung von fossilen Brennstoffen oder auch die Eutrophierung.
Doch möchte man den Zement-3D-Druck als eine einzigartige Möglichkeit zur Umsetzung der Klimaziele einsetzen, so erfordert dies eine genaue Kontrolle. Diese Kontrollen beziehen sich dabei in erster Linie auf die Fließeigenschaften während des 3D-Drucks, aber auch auf die Konsolidierung der gedruckten Schichten.
Weltweite Strategien zum Einsatz des 3D-Drucks
Dass sich dieses Forschungspapier am Zahn der Zeit befindet, wird spätestens klar, wenn man sich die internationalen Strategien von Ländern ansieht, die dem 3D-Druck im Bausektor und damit verbunden auch dem Zement eine neue Priorität geben. Beispielsweise beschloss das Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten von Amerika im Januar 2021 die Weiterentwicklung der additiven Fertigung, inklusive des 3D-Drucks im Betonbau. Darauf basierend hob man die Dringlichkeit von weiteren politischen Entwicklungen hervor. Im gleichen Jahr zog Dubai nach, mit dem ambitionierten Ziel, bis zum Jahr 2030 25 % aller neu gebauten Gebäude mittels 3D-Druck herzustellen. Auch in China wurden staatliche Fördermittel für den 3D-Druck mit Zement aufgestockt und bei mehreren größeren Konstruktionsprojekten mittels 3D-Druck genutzt. Wenn Sie mehr über dieses spannende Projekt des 3D-Drucks mit Zement im Bausektor erfahren möchten, dann finden Sie das Forschungspapier HIER.
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*Titelbildnachweis: PERI 3D Construction GmbH
