Silicat‑basiertes Calcium als Weg zu kohlenstoffarmem Portlandzement

Warum Gesteine für sauberere Städte wichtig sind

Zement ist der verborgene Klebstoff des modernen Lebens und trägt unsere Häuser, Brücken und Wolkenkratzer. Seine Herstellung setzt jedoch fast so viel CO2 frei wie alle Kleinwagen der Welt zusammen. Diese Studie untersucht einen überraschenden Weg, um weiterhin vertrauten Portlandzement zu verwenden und gleichzeitig diese Emissionen deutlich zu verringern: nicht mit weißem Kalkstein beginnen, sondern mit dunklen Vulkangesteinen wie Basalt.

Ein stiller Riese der Klimaverschmutzung

Gewöhnlicher Portlandzement dominiert den globalen Bau, weil er gut verstanden, weit verbreitet und durch Generationen baulicher Erfahrung gestützt ist. Sein Hauptbestandteil, Calcium aus Kalkstein, bringt jedoch eine eingebaute Kohlenstoffbelastung mit sich. Wenn Kalkstein erhitzt wird, um Zement herzustellen, entweicht sein Kohlenstoff als Kohlendioxid, und zusätzlich wird Energie verbrannt, um sehr hohe Ofentemperaturen zu erreichen. Zusammen verursachen diese Schritte etwa 4,4 % der weltweiten Treibhausgasemissionen durch Zement – vergleichbar mit allen leichten Straßenfahrzeugen auf dem Planeten.

Ein anderes Gestein mit demselben nützlichen Element

Die Autorinnen und Autoren weisen darauf hin, dass sich ein Großteil des Calciums der Erde nicht in Kalkstein, sondern in silikatischen Gesteinen wie Basalt und Gabbro befindet. Diese enthalten Calcium gebunden an Silizium und Sauerstoff, aber kaum Kohlenstoff. Durch die Kartierung der globalen Geologie zeigen sie, dass diese Gesteine in vielen Ländern vorkommen und Zementhersteller über Hunderttausende von Jahren versorgen könnten. Obwohl jede Tonne Basalt weniger Calcium enthält als Kalkstein, ist die insgesamt nutzbare Ressource gewaltig und—entscheidend—setzt beim Erhitzen keinen Kohlenstoff frei.

Wie Basalt vertrauten Zement liefern könnte

Die Umwandlung von Basalt in Portlandzement ist komplexer als der traditionelle Weg, weil das Calcium in anderen Elementen verdünnt vorliegt. Mit thermodynamischer Analyse vergleicht das Team die minimal mögliche Energie, die benötigt wird, um Zement aus unterschiedlichen Mineralen herzustellen. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass die theoretische Umwandlung calciumreicher Silikate in Portlandzement weniger als die Hälfte der Energie erfordern könnte, die beim Start mit Kalkstein nötig ist, und dabei die CO2‑Freisetzung aus dem Gestein vermeidet. Das Papier beschreibt einen praktischen Weg, der auf bestehenden industriellen Schritten basiert: Säure einsetzen, um Calcium und andere Metalle aus dem Gestein zu lösen; Elektrizität verwenden, um die Chemikalien zu trennen und zurückzugewinnen; dann die resultierende Calciumverbindung in einem Ofen wie in heutigen Anlagen erhitzen. Selbst in einem konservativen, noch nicht optimierten Design sinken die Prozessemissionen aus dem Gestein auf null und der Gesamtenergieverbrauch kann zurückgehen, sobald wertvolle Nebenprodukte berücksichtigt werden.

Mehr als nur Zement aus einem einzigen Steinbruch

Basalt ist nicht nur eine Calciumquelle. Er enthält auch große Mengen Eisen, Aluminium und Siliziumdioxid – dieselben Rohstoffe, die für Stahl, Aluminium und Zusatzstoffe verwendet werden, die dem Zement beigemischt werden. Wenn zukünftige Anlagen Basalt in dem Umfang veredeln würden, der nötig ist, um den weltweiten Zementbedarf zu decken, legt die Studie nahe, dass sie auch den Großteil oder sogar den gesamten aktuellen Bedarf an Stahl, Aluminiumoxid und Zementzusätzen aus demselben Gesteinsstrom befriedigen könnten. Das könnte Bergbauabfälle reduzieren, die Anzahl separater Bergwerke verringern und neue Einnahmequellen schaffen, die helfen, sauberere Zementproduktion zu finanzieren.

Warum es wichtig ist, beim vertrauten Zement zu bleiben

Viele alternative Zemente wurden vorgeschlagen, die andere Chemien und weniger Calcium verwenden und oft niedrigere Emissionen aufweisen. Sie haben jedoch kaum Marktanteile gewonnen, weil Bauherren und Aufsichtsbehörden gegenüber unbewährten Materialien skeptisch sind, insbesondere bei Bauwerken, die Jahrzehnte halten und Menschen schützen sollen. Die Autorinnen und Autoren verwenden ein einfaches Risikomodell, um zu argumentieren, dass Tausende realer Gebäude und viele Jahrzehnte Beobachtung nötig sein könnten, bevor ein völlig neuer Zement breite Akzeptanz gewinnt. Im Gegensatz dazu könnte ein aus Basalt hergestellter Zement, der so konstruiert ist, dass er sich genau wie gewöhnlicher Portlandzement verhält, sich leichter in bestehende Normen, Planungsregeln und Baupraxis einfügen.

Eine kohlenstoffärmere Zukunft mit vertrauten Werkzeugen bauen

Kurz gesagt kommt das Papier zu dem Schluss, dass wir möglicherweise denselben Zementtyp weiterverwenden können, indem wir das Ausgangsgestein und den Verarbeitungsweg ändern. Indem Calcium aus kohlenstofffreien Silikatgesteinen gewonnen, Nebenprodukte wie Stahl und Aluminium veredelt und der Prozess mit sauberer Energie betrieben wird, argumentieren die Autorinnen und Autoren, könnte Zement mit kaum oder gar keinen CO2‑Emissionen hergestellt werden und damit den 4,4‑%‑Anteil der globalen Emissionen potenziell auslöschen. Dieser Ansatz würde andere Strategien wie besseres Gebäudedesign, Recycling oder CO2‑Abscheidung nicht ersetzen, könnte aber neben ihnen wirken, damit Städte wachsen, ohne die heutigen Klimakosten zu verfestigen.

Zitation: Prancevic, J.P., Finke, C.E., Peterson, E. et al. Silicate-derived calcium as a pathway to low-carbon Portland cement. Commun. Sustain. 1, 78 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00056-4

Schlüsselwörter: Zementemissionen, Basaltzement, kohlenstoffarmes Bauen, industrielle Dekarbonisierung, Portlandzement