Hoe de bouw kan transformeren van een veroorzaker naar een oplosser van CO2-uitstoot
De bouwsector zorgt wereldwijd voor zo’n 5 procent van de jaarlijkse CO2-uitstoot. Door nieuwe betonsoorten en andere bouwmaterialen te gebruiken die CO2 kunnen absorberen, zou de bouw kunnen bijdragen aan het terugdringen van CO2 in de atmosfeer.
Dit artikel verscheen bij OneWorld/Powerswitch, een weblog over de energietransitie. Het maakt deel uit van mijn toekomstverkenning naar de energietransitie.
We waren het eeuwenlang vergeten: het recept waarmee de Romeinen, met behulp van kalksteen, al beton maakten. Uiteindelijk werd aan het eind van de negentiende eeuw het recept opnieuw uitgevonden, maar de chemie van beton was en is nog altijd niet helemaal begrepen.
Helaas kost de productie van beton veel energie. Pas bij hoge temperatuur worden uit kalksteen – de belangrijkste grondstof voor beton – de juiste mineralen gevormd die zand en steen aan elkaar binden en die het beton zijn sterkte geven. Daarnaast komt er bij het verhitten van kalksteen CO2 vrij. Het maken van beton resulteert dus op twee manieren in de uitstoot van CO2. Eén ton beton veroorzaakt één ton CO2.
Bij het maken van beton komt veel CO2 vrij: ongeveer een ton uitstoot per ton gefabriceerd product. En we gebruiken er veel van.
Beton is na water het meest gebruikte materiaal ter wereld. Jaarlijks wordt 30 miljard ton cement en beton geproduceerd, verantwoordelijk voor zo’n 5 tot 7 procent van de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen zoals CO2. De bouwsector is wereldwijd een van de grootste sectoren. Nu de economie groeit, wordt er meer gebouwd dan ooit tevoren. Gezien de huidige klimaatdoelen zijn nieuwe innovaties dus hard nodig.
Nieuwe soorten beton
Er valt daarom veel te winnen bij de productie van beton (en het bindmiddel in beton: cement). Al meer dan tien jaar wordt er gewerkt aan nieuwe betonsoorten die milieuvriendelijker zijn en minder CO2 gebruiken.
Zo wordt er gewerkt aan betonsoorten, met een andere mix van grondstoffen, zodat er minder water en energie nodig is om ze te maken. Hiermee kan de CO2-uitstoot tijdens de productie verlaagd worden met zo’n 30 tot 50 procent. In sommige van deze betonsoorten (van bedrijfjes als CeraTech en The Sefa Group) worden afvalstoffen verwerkt uit industriële processen, zoals de as uit kolencentrales. Chemiebedrijven onderzoeken mengsels van polymeren en beton.
Met nieuwe betonsoorten kan de uitstoot van beton worden verminderd met zo’n 30 tot 50 procent.
Bedrijfjes met namen als Calera, Carbon Cure en Solidia Technologies injecteren CO2 in het beton tijdens het productieproces. De CO2 wordt dan opgeslagen in het beton als een carbonaat-verbinding met de magnesium of calcium die aan het beton worden toegevoegd. Hierdoor zijn deze betonsoorten ook nog iets sterker dan gewoon. De CO2 is hier een ‘afvalproduct’ afkomstig van industriële processen, bijvoorbeeld uit energiecentrales. In dit geval wil je de productie van beton zo dicht mogelijk laten plaatsvinden bij andere industrieën zodat hun afvalstoffen, restwarmte en CO2 direct kunnen worden hergebruikt en worden opgeslagen in het beton. Of het beton tijdens de levensduur schadelijke stoffen uit het opgenomen afval gaat lekken is niet bekend.
Materialen die CO2 opnemen uit de lucht
Daarnaast worden er nieuwe betonsoorten en bouwmaterialen (onder andere voor asfalt) ontwikkeld die CO2 kunnen opnemen uit de lucht. Er zijn namelijk meer materialen die koolzuurgas bij kamertemperatuur kunnen opnemen en binden in een vaste stof. Olivijn en magnesiet worden momenteel bijvoorbeeld als veelbelovend gezien. Deze materialen zouden eveneens op grote schaal gebruikt kunnen worden in gebouwen, wegen, infrastructurele werken en steden.
Het grijsgroene olivijn is een natuursteen die veel voorkomt op aarde, soms aan de oppervlakte maar meestal ondergronds. De Nederlandse emeritus hoogleraar Schuiling noemt olivijn een wondermiddel en richtte zelfs een stichting op om de toepassing van olivijn te stimuleren. Olivijn kan koolzuurgas omzetten in magnesiumcarbonaat met behulp van water. Magnesiumcarbonaat is een materiaal dat in de natuur wordt omgezet in koraal en schelpen.
Tot kiezels gemalen olivijn is te koop in diverse tuincentra in de vorm van steentjes voor in de tuin of speeltuinen. Rijkswaterstaat strooit fijngemalen olivijn, greenSand genaamd, in bermen uit en biedt het materiaal aan voor andere toepassingen en gebruikers. Het Nederlandse bedrijfje Green-Minerals is betrokken bij diverse experimenten met toepassing van olivijn.
Als het aan sommige ‘klimaatredders’ ligt wordt olivijn op grote schaal uitgestrooid in het milieu, boven de grond, zodat het CO2 kan opnemen onder invloed van water (vocht). Er zijn wel wat nadelen: voor de mijnbouw om olivijn te winnen is energie nodig. Bovendien werkt olivijn het beste als er veel oppervlakte aan de atmosfeer bloot staat en moet je de gemijnde mineralen dus eigenlijk eerst fijnmalen. Ook dat kost veel energie, die vooralsnog vaak gelijkstaat aan CO2-uitstoot. Bovendien komt bij de chemische reactie met water ook nikkel vrij dat niet in te hoge concentraties in drinkwater mag komen.
Een ander materiaal dat op veel belangstelling mag rekenen is magnesiet, een vorm van magnesiumcarbonaat. Normaal verloopt het vormen van magnesiumcarbonaat, waarbij water en CO2 worden opgenomen, heel langzaam. Onlangs is een katalysator ontdekt waarmee de vorming van magnesiet enorm versneld kan worden zodat er dus ook veel sneller, grotere hoeveelheden koolzuurgas al bij kamertemperatuur kunnen worden opgenomen.
Olivijn en magnesiet zijn natuurlijke, minerale afzettingen die reageren met CO2 uit de atmosfeer en het vastleggen in gesteente.
Ook magnesiet is niet helemaal zonder risico. Zo zijn er maxima verbonden aan de blootstelling aan de stof. Daarnaast is de schaal waarop het moet worden ingezet onrealistisch: om een ton CO2 uit de atmosfeer te halen is twee ton magnesiet nodig.
De steden en wegen van de toekomst
Hoewel de nieuwe betonsoorten en andere koolzuurgasbindende materialen al meer dan tien jaar als veelbelovend worden gezien, worden ze nog steeds niet op grote schaal ingezet. Deels komt dit door gebrek aan investeringen van de bouwsector, die nogal traditioneel is. De aanvoer van de grondstoffen (voor beton) is in sommige gevallen een probleem maar de meeste van de besproken materialen (inclusief de afvalstoffen die in het nieuwe beton worden verwerkt) zijn op aarde ruim voorhanden.
Verder moeten de nieuwe materialen zich nog bewijzen in de markt: hun sterkte en nieuwe eigenschappen moeten nog een plek krijgen in het ontwerpen en ontwikkelen van gebouwen. Met behulp van nieuwe ontwerpsoftware worden steeds geavanceerdere constructies mogelijk. Kennisinstituten als MIT hebben al laten zien dat het mogelijk is om constructies te maken die toch even sterk zijn, met ongeveer de helft van de hoeveelheid materialen.
Daarbij kan ook nano engineering een belangrijke rol gaan spelen: nieuwe procestechnologieën waarbij de structuur van materialen nog preciezer worden beheerst. Zo zou je bijvoorbeeld sterke materialen kunnen maken waarin olivijn of magnesiumcarbonaat en enkele katalysatoren zijn opgenomen, die toch poreus zijn of een dunne coating hebben waar de CO2 uit de lucht gemakkelijk kan worden geabsorbeerd. Zulke materialen zouden bijvoorbeeld verwerkt kunnen worden in de gevels van gebouwen (zie mijn artikel over de kantoorgebouwen van de toekomst).
De nieuwe betonsoorten en koolzuurgasbindende materialen worden al meer dan tien jaar als veelbelovend betiteld, maar nog niet veel gebruikt
De grootste uitdaging is nu om ervoor te zorgen dat deze nieuwe technieken sneller en grootschaliger worden ingezet en dat de nieuwe veelbelovende materialen een definitieve plek krijgen in gebouwen, wegen, viaducten en andere grote infrastructurele werken. Die kans is het grootst als bij het bouwen vaker direct al rekening wordt gehouden met de totale levenscyclus en de bijdrage aan broeikasgassen en niet alleen wordt gekeken naar de goedkoopste manier van produceren. Alleen zo kan de bouw transformeren van een van de grootste veroorzakers van broeikasgassen naar een van de grootste bijdragers aan de oplossing.
Wisdom of the crowd 
2 gedachtes over “Minder CO2-uitstoot in de bouw door nieuwe soorten beton en asfalt”
Reacties zijn gesloten.