Embedded Carbon und Pyrochar - zwei Wege, ein Ziel - A. Gerdes, wissenschaftlicher Leiter, KIT Innovation HUB Prävention im Bauwesen
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Embedded Carbon und Pyrochar –
zwei Wege, ein Ziel
A. Gerdes, wissenschaftlicher Leiter, KIT Innovation HUB Prävention im Bauwesen
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu
Das Bauwesen in der Welt – ausgewählte Zahlen
SAND UND KIES
50 Mrd. Tonnen Sand NUTZER
und Kies werden pro Von ca. 8 Mrd. Menschen
Jahr verarbeitet, zwei- leben bereits 4 Mrd.
mal mehr als im Zeit- Menschen in Städten, mit
raum 2000-2010. steigender Tendenz.
ZEMENT
Zwischen 2011 und 2013
produzierte China mehr
Zement als die USA im 20. BETON
Jahrhundert. Die jährlich produzierte
Menge Beton reicht aus,
CO2
um eine Mauer mit einer
8% der weltweiten CO2-
Höhe und Breite von 27 m
Freisetzung stammt aus
um den Äquator zu bauen
der Zementproduktion.
Das Bauwesen steht für die größten, anthropogen verursachten
Massen- und Energieströme
2 21.07.2021
Bauen im 21. Jahrhundert – Herausforderungen und Chancen
Globalisierung
„Megacities“
Ressourcen
Disruptive Innovationen für ein nachhaltiges Bauen
sind erforderlich!
Klimawandel
Innovative Produkte, Technologien und Dienstleistungen
sind für ein nachhaltiges Bauen erforderlich!
3 21.07.2021
Retrospektive: Ökobilanzierung einer Instandsetzung
Beton ohne Verflüssiger
600
Beton mit Verflüssiger
1-malige Instandsetzung
500 2-malige Instandsetzung
Relative Umweltauswirkungen [%]
400
300
200
100
0
Treibhaus-Effekt Ozonabbau Bodenversauerung Ozonbildung Energie
4 21.07.2021
Nachhaltiges Bauen – Kaleidoskop der Begriffe
„Embodied Carbon“ „Life Cycle Assessment“
„CO2-footprint“
„Life Cycle Cost“
Kaleidoskop
der Begriffe „Embedded Energy“
„Graue Energie“
„Operational Energy“ „Operational Carbon“
5 21.07.2021
Was ist „Embodied Carbon“ und „Operational Carbon?
Quelle: www.carboncure.com/concrete-corner/what-is-embodied-carbon?
Embodied Carbon
Baustoffherstellung, vom Rohstoff bis zum Recycling
Baustoffprozess, vom Fundament bis zur Dachspitze
Unterhalt, Schutz und Erhalt des Bauwerks
Instandsetzung, Wiederherstellung der Funktionalität
Recycling, vom Rückbau bis zur Wiederverwendung
6 21.07.2021
Was ist „Embodied Carbon“ und „Operational Carbon?
Quelle: www.carboncure.com/concrete-corner/what-is-embodied-carbon?
Operational Carbon
Umfasst das CO2, dass bei der zweckgemäßen Nutzung des Bauobjektes
freigesetzt wird
Heizung
Kühlung
Licht
IT und Steuerung der Haustechnik
7 21.07.2021
Beispiel: Energiebilanz – Laborgebäude am KIT
Operational Energy Embedded Energy
X 10
110 – 350 kWh/m2 1100 – 3300 kWh/m2
Nach 10 Jahren Betrieb entspricht die „Operational Energy“ der „Embedded Energy“
8 21.07.2021
Zukünftige Bewertungskonzepte im Bauwesen
„Von 2020 bis 2040 wird jeden
Monat die Fläche von New York
bebaut werden.“
CO2 in %
Bewertung von …
•… Baustoffen
51% 49% •… Bauprodukten HOCHBAU INFRASTRUKTUR
•… Bauweisen
•… Bauwerken
Embodied CO2 Operational CO2
9 21.07.2021
„CO2-footprint“ – Bewertung von Bauprodukten
Vergleich zwischen mineralischen Fassadenplatten und Aluminium-Paneelen
10 21.07.2021Faserzementplatten – ein moderner Werkstoff mit Geschichte
„Eternit 1.0“ „Eternit 3.0“
Zementgebundene Platte nach dem Neben Portlandzement (CEM I) wer-
Hatschek-Verfahren (1901) unter Ver- den Zemente vom Typ CEM II bzw.
wendung von u.a. Portlandzement, CEM III getestet/eingesetzt, um einen
Ruß und Asbestfasern. geringeren CO2-footprint zu erhalten.
„Eternit 2.0“ „Eternit 4.0“
Rezeptur bleibt grundsätzlich gleich,
Asbestfasern werden durch Cellulose-
und Polymerfasern ersetzt. ?
Bildquelle: https://www.eternit.ch/de/products/facade/
11 21.07.2021Pyrochar – Anwendungen im Bauwesen 12 21.07.2021
Ruße – Pigmente für Betonwaren 13 21.07.2021
Herstellung von Industrierußen
Bildquelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_black_production.svg
98% des Rußes wird mit dem „Furnace-Ruß- Furnaceruß-Herstellung
Verfahren hergestellt, bei dem ein Heißgas mit
1200 – 1800 °C durch Verbrennung von Heizöl
oder Erdgas erzeugt wird. Durch Eindüsen
aromatenreicher Russrohstoffe und deren
unvollkommene Verbrennung entsteht Russ.
14 21.07.2021Ruße – Pigmente für Betonwaren
Betonwarenoberfläche mit weißen
Calciumcarbonat-Ausfällungen
15 21.07.2021Pyrolyseanlage für die Herstellung von Pyrochar
Grundsätzliches zum Verfahren
• Einsatz von Biomassen unterschiedlicher Herkunft
• Thermische Behandlung unter Sauerstoffausschluss
• Prozess unterhält sich nach dem Start energetisch selbst
• Neben des Pyrochars entstehen noch weitere Produkte (Gase, Öle)
16 21.07.2021Ruße und Pyrchar – ein Vergleich
Funktionalisierter Ruß Pyrochar - Original
Pyrochar - gemahlen
17 21.07.2021Grundlagen der Faserfunktionalisierung
Nitrile
Poly-(dimethyldiallyl- ethoxylated Sulfobetain-
groups
Silicat ammoniumchloride) (sulfinate)
Carbon-Fiber PAN-Fiber
PP-Fiber
18 21.07.2021Schlussfolgerungen
Ohne massive Veränderungen im Bauwesen werden die Nachhaltigkeitsziele
nicht zu erreichen sein.
Neue Bewertungskonzepte zur Beurteilung der Umweltauswirkungen von
Baustoffen, Bauweisen und Bauwerken werden eingeführt, wobei zwischen
Hochbau und Infrastruktur zu unterscheiden ist.
Baustoffe und Additive werden zukünftig stärker nach ihrem CO2-footprint
bewertet, wobei die Dauerhaftigkeit („embodied Carbon“) einen
wesentlichen Einfluss auf die Gesamtbewertung haben wird.
Pyrochar stellt aufgrund der chemisch-physikalischen Eigenschaften eine
vielversprechende Alternative zu klassischen Rußen dar, wobei eine
Funktionalisierung unumgänglich ist.
Alternative Additive werden für zementgebundene Werkstoffe eine immer
größere Bedeutung bekommen, falls es gelingt die notwendige
„Performance“ sicherzustellen.
19 21.07.2021Besuchen Sie uns gerne auf:
http://www.hub-bau.kit.edu/
20 21.07.2021Sie können auch lesen
