Ziel des Vorhabens ist es, einen stark CO2-reduzierten, hochwertigen und ressourceneffizienten Betonkreislauf für Altbeton zu entwickeln. Dazu wird ein Belit - basierter Portlandzementklinker (RC-Belit-PZK) mit niedrigem CO2-Fußabdruck aus Betonbrechsand und weiteren kalkhaltigen primären oder sekundären Komponenten hergestellt. Freigesetztes CO2 kann abgetrennt und zur technischen Karbonatisierung von mechanisch aufbereitetem Betonbrechsand als Substitut in Zement genutzt werden. Mit dem Ziel weiteres CO2 zu binden und die betontechnischen Eigenschaften grober RC-Gesteinskörnung zu verbessern, wird eine neue Karbonatisierungstechnik im Druckreaktor entwickelt. Aus RC-Belit-PZK, Portlandzementklinker (PZK) und technisch karbonatisierten aufgemahlenen Brechsanden werden RC-Zemente mit stark reduziertem CO2-Fußabdruck formuliert. Um den erneuten Einsatz in der Produktion zu ermöglichen, werden Rezepturen für RC-Beton mit Normal- und / oder RC-Gesteinskörnung entwickelt, die auf angepassten Fließmitteln und Beschleunigersystemen basieren. Zum Projektabschluss werden Werkversuche durchgeführt, die den hochwertigen Betonkreislauf demonstrieren. Eine CO2-Reduktion um mindestens 40% für RC2-Beton im Vergleich zum Stand der Technik wird angestrebt. Die Prozesse werden aus techno-ökonomischer und ökologischer Sicht bewertet (prozessbasierte Ökobilanz/LCA). Im Rahmen der Systemanalyse werden verschiedene Anlagengrößen und Standorte über den gesamten Lebenszyklus mit dem Stand der Technik verglichen. Zusätzlich werden regulatorische Randbedingungen untersucht (z.B. Recycling-Baustoffverordnung, DIN-EN 197-1, Rechtliche Einordnung einer Anlage zur Klinkerherstellung), um Hindernisse in der Umsetzung zentraler bzw. dezentraler Konzepte zu identifizieren und konkrete Handlungsempfehlungen zur Kreislaufführung zu erarbeiten.
Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung von Betonrezepturen für Betonwaren und Betonfertigteilen mit erhöhtem Anteil an rezyklierten Gesteinskörnungen und dem Einsatz von RC-Zementen aus dem Gesamtprojekt. Dadurch soll der CO2-Footprint um bis zu 40% reduziert und zusätzlich sollen natürliche Ressourcen geschont werden. Die Innovationen liegen zum einen im Einsatz des RC-Zementes auf Basis von Belit-Klinker, die bisher nicht im Produktbereich eingesetzt werden. Außerdem neu ist die Anhebung des Anteils an rezyklierter Gesteinskörnung im Betonwarenbereich von 50% und im Betonfertigteilbereich von 25%. Durch eine intensive Zusammenarbeit mit allen Projektpartnern sollen diese Themen bearbeitet werden, um die bisher vorhandenen Probleme vor allem beim Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen zu lösen. Durch die Arbeiten des Projektpartners EHL können die Ergebnisse aller Projektpartner zusammengeführt und in realen Produkten in Werksversuchen getestet werden. Hier kommen die RC-Zemente vom KIT und Holcim zum Einsatz und die Zusatzmittel der Sika werden hinzugefügt. Durch die Laborarbeiten des LUH werden die Rezepturen entworfen und bei EHL weiter zuerst im Labor und anschließend im Werksversuch untersucht. Die Ergebnisverwertung soll im Erfolgsfall in den Werken von EHL erfolgen, indem schrittweise die Erkenntnisse zu neuen Rezepturen mit RC-Zementen und rezyklierten Gesteinskörnungen in unterschiedlichen Produkten eingesetzt werden. Dadurch würden natürliche Rohstoffreserven geschont und CO2-Emissionen reduziert.
Im Gesamtprojekt URBAN wird, mithilfe einer neuartigen Methode, aus Altbeton ein hydraulisch aktives Bindemittel auf Belit-basis gewonnen. Wird dieser Belit-Zement mit normalem Zement gemischt, kann ein gleichwertiges Produkt im Vergleich zu herkömmlichem Zement erreicht werden, jedoch mit stark verringertem CO2-Fußabdruck. Heutzutage werden in den meisten Fällen in der Anwendung von Zement auch Zusatzmittel wie Fließmittel und Beschleuniger eingesetzt. Allein die Fließmittel machen rund 70 % des Zusatzmittelmarktes aus. Es erscheint klar, dass der neuartige Recyclingzement ein geeignetes Fließmittel sowie einen Beschleuniger benötigt, um mit herkömmlichen Zementen auf dem Markt konkurrenzfähig zu sein. Einen etwas spezielleren Markt stellen die Betonwaren dar. Auch hierfür soll ein Zusatzmittel entwickelt werden, da hier ein wichtiges Anwendungsgebiet für die neuen RC-Zemente gesehen wird. In diesem Teilprojekt sollen diese Zusatzmittel (Fließmittel/Beschleuniger/Betonwarenhilfe) für die neuartigen Belit-Zemente entwickelt werden. Dafür werden umfangreiche Tests im Mörtel gemacht. Am Ende soll zumindest ein gut geeignetes Fließmittel und ein Beschleuniger resultieren, um den Belit-Zementen eine vergleichbare Performance im Vergleich zu herkömmlichen Zementen zu verleihen. Außerdem soll eine Betonwarenhilfe entwickelt werden. Somit stünde eine Alternative für die Betonwarenindustrie im Vergleich zu herkömmlichem Zement zur Verfügung. Dafür werden besonders anwendungsnah Gyratorprüfkörper hergestellt, um die Bedingungen im Betonwarenwerk nachstellen zu können.
Zielsetzung des Verbundvorhabens URBAN ist es, unter der Verwendung neuartiger Recyclingzemente (RC-Zemente) und Karbonatisierungstechnologien (CCU) einen hochwertigen, ressourceneffizienten und stark CO2-reduzierten Materialkreislauf für Betonrecycling zu ermöglichen. Die auf dieser Basis neu entwickelten RC²-Betone enthalten RC-Zement und RC-Gesteinskörnung. Das Ziel des hier beschriebenen Teilvorhabens URBAN CEM ist es, CO2-reduzierte RC-Zemente auf Basis Belit-basierter Portlandzementklinker (RC-Belitklinker) zu entwickeln und diese für die Entwicklung und Bewertung von RC²-Betonen zur Verfügung zu stellen. Die Basis für die Entwicklung dieser RC-Zemente bildet die Niedertemperatur-Belit-Technologie. Diese senkt die mit der Klinkerherstellung verbundenen CO2-Emissionen sowohl durch rohstoffliche als auch durch technische Maßnahmen. Als Rohstoff für den RC-Belitklinker dienen bisher kaum verwertbare feine Betonbrechsande (BBS) aus Betonrecycling. Die Innovation des Gesamtvorhabens URBAN sowie des hier beschriebenen Teilvorhabens URBAN CEM besteht darin, dass mithilfe des gewählten Lösungsansatzes sowohl der Klimaschutz als auch der Ressourcenschutz adressiert wird. In Bezug auf die hier betrachtete Entwicklung von RC-Zementen wird der Ressourcenschutz durch die Verwendung von bislang selten verwendetem Betonbrechsand aufgegriffen, der einerseits als Rohmehl für die Herstellung von Belitklinker und andererseits als Zumahlstoff bzw. weiterer Hauptbestandteil im Zement genutzt wird. Der Aspekt des Klimaschutzes wird durch die Verwendung des vergleichsweise weniger CO2-intensiven RC-Belitklinkers sowie durch die Verwendung von karbonatisiertem BBS als weiteren Hauptbestandteil im Zement adressiert.
In diesem Teilvorhaben sollen die neuentwickelten technischen Prozesse aus AP1 bis AP4 techno-ökonomisch und ökologisch bewertet werden. Mit einer Systemanalyse werden die neuen Verwertungsoptionen für Feinstbetonbrechsand (FBBS), Feinbetonbrechsand (FBS) und karbonatisierte RC-Gesteinskörnungen begleitend sowohl aus einer betriebs- als auch aus volkswirtschaftlicher Perspektive analysiert und bewertet. Dabei wird der Beitrag zu übergeordneten Nachhaltigkeitszielen, wie einer über den Lebenszyklus aus Herstellung, Nutzung und Recycling verbesserten CO2-Bilanz und Energieeffizienz, einem reduzierten Rohstoffverbrauch oder Schadstoffgehalt ermittelt. Erforderliche Daten werden im Rahmen des Projektes gesammelt und in diesem Teilprojekt im Rahmen von techno-ökonomischen Analysen (TEA) und Ökobilanzen (LCA) ausgewertet. Neu ist dabei, dass es keine derartigen Analysen bisher gibt und daher jeweils neue TEA und LCA modelliert und erstellt werden müssen. Zudem wird ermittelt, wie hoch das regionale Aufkommen von erforderlichen Sekundärrohstoffen ist, und wie Zusammensetzung und Sortierungsmöglichkeiten aussehen. Basierend auf dem geschätzten, regionalen Aufkommen wird eine Standort- und Kapazitätsplanung durchgeführt, die aufzeigt, wie ein optimales Recyclingnetzwerk in Deutschland für RC-Belitklinker und RC-Zement aussehen würde. Dies ist wichtig für strategische Entscheidungen der an der Wertschöpfungskette beteiligten Unternehmen. Abschließend werden derzeitige Rahmenbedingungen untersucht und Empfehlung zu ressourcenschonenden politischen Handlungsoptionen zur Systemänderung bzw. verstärkten Kreislaufführung gegeben. Ohne dieses Teilvorhaben könnten die neu entwickelten Technologien und Rezepturen für RC²-Beton mit rezykliertem Zuschlag und rezykliertem Zement nicht hinsichtlich ihres Abschneidens bei ökologischen und ökonomische Kriterien bewertet werden. Zudem könnten keine Systemaussagen und Handlungsempfehlungen getroffen werden.