Kohlenstoff-Fußabdruck-Datensatz von Beton basierend auf Felduntersuchungen in kommerziellen Mischwerken in Shandong, China

Warum die Klimakosten von Beton wichtig sind

Beton ist überall: in unseren Wohnungen, auf Straßen, Brücken und Wolkenkratzern. Seine Herstellung setzt jedoch große Mengen an klimaschädlichem Kohlendioxid frei. Diese Studie konzentriert sich auf eine der größten Industrieprovinzen Chinas, Shandong, um eine auf den ersten Blick einfache, aber weitreichende Frage zu beantworten: Wie viel CO2 emittiert ein Kubikmeter realen, alltäglichen Betons tatsächlich, und welche Faktoren treiben diese Emissionen in der Praxis statt nur in der Theorie an?

Blick auf ein Beton-Schwergewicht

China produziert mehr als die Hälfte des weltweiten Betons, und Shandong ist einer seiner industriellen Motoren. Die Provinz beheimatet große Zement- und Betonhersteller sowie eine Mischung aus Küstenhäfen, Binnenstädten und Schwerindustrie. Um diese Vielfalt abzubilden, teilten die Forschenden Shandong in fünf Teilregionen auf – Ost, West, Süd, Nord und Zentral – und führten von 2020 bis 2024 Feldbefragungen in kommerziellen Mischwerken durch. Sie sammelten 993 detaillierte Rezepturen für gängige Druckklassen, die in Gebäuden und Infrastrukturen verwendet werden. Für jede Charge protokollierten sie die verwendeten Mengen an Zement, Sand, Kies, Wasser, mineralischen Zusatzstoffen und Chemikalien, wie diese Materialien transportiert wurden und wie viel Strom die Mischanlagen verbrauchten.

Jeden Schritt von Rohstoffen bis Frischbeton verfolgen

Das Team verfolgte die Emissionen innerhalb einer „cradle-to-gate“-Grenze, das heißt: Sie zählten alles von der Produktion der Rohstoffe bis zu dem Punkt, an dem der Frischbeton das Werk verlässt, nicht jedoch Vorgänge auf der Baustelle oder während der Nutzungsdauer des Gebäudes. Sie unterteilten den CO2-Fußabdruck in drei Phasen: Herstellung von Materialien wie Zement und Zuschlagstoffen, Transport per Lkw oder Bahn sowie Betrieb von Mischern und sonstiger Ausrüstung mit Elektrizität. Mithilfe offizieller chinesischer und internationaler Leitlinien ordneten sie jedem Material, Transportmodus und Kilowattstunde Strom einen Emissionsfaktor zu. So konnten sie die Emissionen pro Kubikmeter für verschiedene Betonklassen auf einheitlicher Basis berechnen.

Die unordnung der Realität in ein klares Bild verwandeln

Die Produktion in der Praxis ist variabel, daher untersuchten die Forschenden, wie sich zentrale Eingangsgrößen statistisch verhalten. Sie stellten fest, dass sich die Materialmengen in den Rezepturen dicht um Mittelwerte gruppieren, während Transportdistanzen und Stromverbrauch stärker verzerrt sind, wobei ein kleiner Anteil an Werken oder Lieferanten für ungewöhnlich lange Transporte oder hohen Energieverbrauch verantwortlich ist. Um diese Unsicherheit abzubilden, bauten sie ein probabilistisches Modell mit 10.000 Monte-Carlo-Simulationen für jede Druckklasse. Im Wesentlichen „würfelte“ der Computer innerhalb der beobachteten Bereiche für Materialeinsatz, Transport und Energieverbrauch wiederholt, um eine Verteilung möglicher CO2-Fußabdrücke statt einer einzigen Zahl zu erzeugen. Der Vergleich dieser simulierten Ergebnisse mit den tatsächlichen Umfragedaten zeigte eine sehr enge Übereinstimmung, was Vertrauen darin schafft, dass das Modell die reale Praxis gut repräsentiert.

Den Hauptverursacher in der CO2-Bilanz finden

Ein klares Muster zeigte sich: Mit steigender Betonfestigkeit steigt der CO2-Fußabdruck stark an und verdoppelt sich beinahe zwischen den niedrigsten und höchsten untersuchten Klassen. Eine Sensitivitätsanalyse mit 22 verschiedenen Faktoren erklärte das Warum. Zement – das pulverisierte Klinkerbindemittel, das die Mischung zusammenhält – dominiert die Emissionen und trägt bei typischen Rezepturen mehr als 90 Prozent zum Gesamtwert bei. Die Zementmenge pro Kubikmeter ist weit entscheidender als etwa die genaue Transportdistanz des Sands oder der für das Mischen aufgewendete Strom. Zwar würden die Verlagerung langer Transporte von Straße auf Schiene und der Austausch alter, stromintensiver Anlagen helfen, doch bieten Änderungen im Zementanteil, im Zementtyp und der Einsatz alternativer Bindemittel den größten Hebel zur Emissionsreduktion.

Regionale Muster und Verbesserungsmöglichkeiten

Der Datensatz zeigt außerdem, wie lokale Industrie und Geographie die Klimaauswirkungen prägen. Süd-Shandong, ein traditionelles Baustoffzentrum mit zementintensiver Produktion und starker Abhängigkeit von Lkw-Transporten für Zuschlagstoffe, weist die höchste Emissionsintensität auf, etwa 15 Prozent über der niedrigsten Region. In der gesamten Provinz sind die durchschnittlichen Beton-Emissionen seit 2021 um rund 6 Prozent gesunken, begünstigt durch neue „grüne Bau“-Politiken und Effizienzmaßnahmen; dennoch besteht weiterhin eine große Lücke zwischen typischer Praxis und bestverfügbarer Leistung. Viele Werke verbrauchen deutlich mehr Strom als fortgeschrittene Benchmarks, was vor allem auf veraltete Anlagen zurückzuführen ist und das Potenzial für Einsparungen durch Nachrüstungen und bessere Prozesssteuerung unterstreicht.

Was das für Gebäude und Klima bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft einfach: Der größte Teil der Klimawirkung von Beton stammt vom Zement und davon, wie viel davon verwendet wird. Durch Optimierung der Rezepturen, um weniger Zement zu nutzen, Beimischung von Stoffen wie Flugasche oder Schlacke, bevorzugte Nutzung saubererer Transportwege und Modernisierung der Anlagen können Bauherren und politische Entscheidungsträger die CO2-Kosten der notwendigen Infrastruktur senken, ohne die Sicherheit zu gefährden. Der von den Autorinnen und Autoren offen bereitgestellte Shandong-Datensatz liefert einen detaillierten, regionsspezifischen Maßstab, der praktische Entscheidungen unterstützen und künftige Standards informieren kann, während die Welt Wege sucht, mehr zu bauen und dabei weniger Emissionen zu verursachen.

Zitation: Niu, D., Zhou, J. & Guo, B. Carbon footprint dataset of concrete based on field surveys at commercial mixing plants in Shandong, China. Sci Data 13, 465 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06789-0

Schlüsselwörter: Beton-Kohlenstoff-Fußabdruck, Zementemissionen, umweltfreundliche Baustoffe, Lebenszyklusanalyse, chinesische Bauindustrie