Wissen auf den Punkt gebracht
04.09.2026: Themenstellung CO2-Reduktion (von Martin Forcher):
Die Zement- und Betonindustrie steht vor einer der anspruchsvollsten industriellen Transformationsaufgaben der kommenden Jahrzehnte. Beton ist nach Wasser der mengenmäßig meistverwendete Werkstoff der Welt. Gleichzeitig verursacht die Herstellung von Zement einen erheblichen Anteil der globalen anthropogenen CO₂-Emissionen. Für die Dekarbonisierung des Sektors reicht es deshalb nicht aus, lediglich den Energieverbrauch der Zementwerke zu reduzieren. Vielmehr müssen sowohl die energiebedingten als auch die rohstoff- beziehungsweise prozessbedingten CO₂-Emissionen verbessert werden.
Die besondere Schwierigkeit liegt darin, dass ein erheblicher Teil der Emissionen unmittelbar aus der chemischen Reaktion der Kalksteinentsäuerung stammt. Bei der Herstellung von Portlandzementklinker wird Calciumcarbonat thermisch zu Calciumoxid umgesetzt: CaCO₃ → CaO + CO₂
Dieser Anteil der Emissionen lässt sich nicht allein durch effizientere Öfen, erneuerbaren Strom oder alternative Brennstoffe eliminieren. Genau deshalb konzentriert sich die aktuelle Forschung zunehmend auf Klinkerreduktion, neue Bindemittel, alternative Klinkerchemien, CO₂-Abscheidung, Elektrifizierung, Carbonatisierung und Kreislaufwirtschaft.
Nach Angaben der österreichischen Zementindustrie stammen etwa zwei Drittel der CO₂-Emissionen aus dem Rohstoffprozess und etwa ein Drittel aus den eingesetzten Brennstoffen.
Die Internationale Energieagentur (IEA) kommt ebenfalls zu dem Schluss, dass eine erfolgreiche Transformation insbesondere auf einer Kombination aus Materialeffizienz, alternativen Brennstoffen, ergänzenden zementartigen Hauptbestandteilen und Carbon Capture and Storage (CCS) beruhen muss.
Die europäische und österreichische Zementindustrie strukturiert ihre Dekarbonisierungsstrategie häufig entlang der sogenannten 5-C-Strategie:
1. Klinker
2. Zement
3. Beton
4. Konstruktion/Bauweise
5. Carbonatisierung
Diese Systematik ist wissenschaftlich besonders interessant, weil sie verdeutlicht, dass CO₂-Einsparungen nicht nur im Zementwerk entstehen können. Auch die Optimierung des Betons, der Konstruktion und der Rückführung von CO₂ in mineralische Phasen besitzt erhebliches Potenzial.
Die Klinkerreduktion – eine der wichtigsten kurzfristigen Maßnahmen!
Der Klinker ist die CO₂-intensivste Komponente des konventionellen Zements. Daher gehört die Reduzierung des Klinkerfaktors zu den derzeit wichtigsten und bereits industriell verfügbaren Maßnahmen. Anstatt einen möglichst hohen Anteil Portlandzementklinker einzusetzen, werden andere zementartige beziehungsweise puzzolanisch oder latent hydraulisch reagierende Materialien verwendet. Dazu gehören beispielsweise:
- Hüttensand,- Flugasche,- natürliche Puzzolane,- Kalkstein,- kalzinierte Tone,- ausgewählte Recyclingmaterialien und- weitere alternative mineralische Hauptbestandteile.
In Österreich lag der durchschnittliche Klinkeranteil 2024 laut VÖZ bei rund 67,5 %. Gleichzeitig konnte die CO₂-Intensität der österreichischen Zementproduktion zwischen 2020 und 2024 von etwa 545 auf 486 kg CO₂ je Tonne Zement reduziert werden.
Die wissenschaftliche Herausforderung besteht inzwischen weniger darin, den Klinkeranteil grundsätzlich zu reduzieren, sondern darin, sehr niedrige Klinkergehalte mit ausreichender Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Frühfestigkeit, Verarbeitbarkeit und Normenkonformität zu kombinieren.
Gerade deshalb sind neue Kompositzemente und optimierte Betonzusammensetzungen ein bedeutendes Forschungsfeld.
Ein international besonders bedeutender Forschungs- und Entwicklungspfad ist LC3 – Limestone Calcined Clay Cement.
Dabei werden kalzinierte Tone mit Kalkstein und Klinker kombiniert. Die Technologie ist deshalb interessant, weil Tone weltweit vergleichsweise weit verbreitet sind und ihre Kalzinierung bei niedrigeren Temperaturen als die vollständige Klinkerherstellung erfolgen kann.
Das LC3-Forschungsprogramm verfolgt ausdrücklich das Ziel, diese Technologie zu einem breit eingesetzten Standardzement weiterzuentwickeln. Die Forschung umfasst dabei nicht nur die Zementchemie, sondern auch Produktion, Wirtschaftlichkeit, Umweltwirkung und praktische Markteinführung.
Besonders interessant ist LC3 für Regionen, in denen Hüttensand und Flugasche künftig nicht mehr in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Denn die Dekarbonisierung verändert gleichzeitig die Verfügbarkeit klassischer Nebenprodukte:
Wenn beispielsweise Kohlekraftwerke und Hochöfen zurückgehen, stehen auch Flugasche und Hüttensand langfristig weniger zur Verfügung.
Damit gewinnt kalzinierter Ton als alternative SCM-Komponente zunehmend an Bedeutung. Auch in Österreich wird an der praktischen Anwendung getemperter beziehungsweise kalzinierter Tone gearbeitet. Die VÖZ führt unter anderem Forschungsarbeiten zur Verarbeitungsoptimierung von Beton mit getempertem Ton als Zementbestandteil durch.
Der nächste Entwicklungsschritt geht noch weiter: Statt lediglich den Portlandzementklinker zu reduzieren, versucht die Forschung, die chemische Grundlage des Bindemittels grundsätzlich zu verändern.
Dabei werden unter anderem untersucht:
- Calcium-Sulfoaluminat-Zemente,- Belit-reiche Klinker,- alternative Calcium-Silikat-Systeme,- Magnesium-basierte Bindemittel,- geopolymere Systeme,- alkaliaktivierte Bindemittel,- carbonatisierende Bindemittel,- mineralisch gebundene Recyclingmaterialien.
Ein besonders interessantes Beispiel ist die Forschung von Sublime Systems in den USA. Dort wird Zement nicht über den klassischen Hochtemperaturprozess hergestellt, sondern ein elektrochemischer Herstellungsweg verfolgt. Das US-Energieministerium unterstützt die geplante kommerzielle Demonstrationsanlage mit bis zu rund 86,9 Mio. US-Dollar.
Ein anderer Ansatz kommt von Brimstone. Hier wird versucht, Portlandzement unter Verwendung calciumhaltiger Silikatgesteine anstelle von klassischem Kalkstein herzustellen. Das US-Energieministerium unterstützt dieses Projekt mit bis zu rund 189 Mio. US-Dollar.
Diese Entwicklungen sind wissenschaftlich besonders relevant, weil sie versuchen, das zentrale Problem der klassischen Zementherstellung an der Wurzel zu lösen:
Wenn kein Calciumcarbonat als Ausgangsstoff eingesetzt wird, entsteht bei der Entsäuerung möglicherweise wesentlich weniger beziehungsweise kein vergleichbares prozessbedingtes CO₂.
Parallel dazu arbeitet die Industrie intensiv an der Dekarbonisierung der thermischen Energieversorgung. Zementöfen besitzen aufgrund ihrer hohen Temperaturen und der mineralischen Prozessführung gute Voraussetzungen für den Einsatz alternativer Brennstoffe. Eingesetzt werden unter anderem:
- aufbereitete Ersatzbrennstoffe,- Biomasse,- industrielle Reststoffe,- ausgewählte Abfallströme,- biogene Brennstoffanteile.
Österreich ist in diesem Bereich bereits vergleichsweise weit entwickelt. Die österreichische Zementindustrie erreichte 2024 eine Alternativbrennstoffrate von rund 88 %.
Damit wird deutlich, dass der Brennstoffwechsel zwar wichtig ist, aber das Problem nicht vollständig lösen kann.
Denn:
Selbst wenn ein Zementwerk ausschließlich mit erneuerbaren oder biogenen Energieträgern betrieben würde, blieben die CO₂-Emissionen aus der Kalzinierung des Kalksteins bestehen.
Deshalb verschiebt sich der Forschungsschwerpunkt zunehmend in Richtung Carbon Capture.
Carbon Capture and Storage beziehungsweise Carbon Capture, Utilization and Storage (CCS/CCUS) gilt mittlerweile als eine der wichtigsten Technologien für die langfristige Dekarbonisierung der Zementindustrie.
Der Grund ist einfach:
Die Prozessemission aus der Kalksteinentsäuerung kann nicht vollständig durch Energieeffizienz oder erneuerbare Energie verhindert werden. Das CO₂ muss deshalb entweder - abgeschieden und gespeichert,- abgeschieden und dauerhaft mineralisiert,- oder abgeschieden und als Rohstoff genutzt werden.
Die Europäische Zementforschungsakademie ECRA arbeitet bereits seit 2007 an unterschiedlichen Carbon-Capture-Konzepten. Untersucht wurden unter anderem Oxyfuel-Verfahren, Aminwäsche, Membranen, Adsorption und weitere Abscheidungsverfahren.
Eines der derzeit bedeutendsten Projekte ist das Brevik-CCS-Projekt von Heidelberg Materials in Norwegen.
Die Anlage wurde 2025 als weltweit erste großtechnische CCS-Anlage der Zementindustrie in Betrieb genommen. Dabei wird CO₂ aus dem Zementherstellungsprozess abgeschieden und anschließend zur geologischen Speicherung weitertransportiert. Die Abscheidekapazität liegt bei ungefähr 400.000 Tonnen CO₂ pro Jahr.
Technologisch wird dabei eine Amin-basierte CO₂-Abscheidung eingesetzt. Das Projekt besitzt eine Bedeutung, die weit über die konkrete CO₂-Menge hinausgeht. Zum ersten Mal kann unter industriellen Bedingungen untersucht werden:
- wie sich CO₂-Abscheidung in einen laufenden Zementprozess integrieren lässt,- wie sich die Energieversorgung der Abscheideanlage auswirkt,- welche Gasreinigung erforderlich ist,- wie Transport und Verflüssigung funktionieren,- wie die CO₂-Qualität für Transport und Speicherung sichergestellt wird,- und welche tatsächlichen Betriebskosten entstehen.
Damit wird Brevik zu einer Art industriellem Referenzlabor für die nächste Generation von Zementwerken. Auf Brevik folgen weitere großtechnische Projekte.
Heidelberg Materials hat beispielsweise für das Werk Padeswood in Wales eine finale Investitionsentscheidung getroffen. Dort soll nahezu das gesamte CO₂ des Zementwerks abgeschieden werden. Die Inbetriebnahme ist für 2029 vorgesehen.
Parallel verfolgt das Unternehmen unter anderem Projekte in:
- Kanada,- Großbritannien,- Deutschland,- Schweden.
Die Projekte unterscheiden sich hinsichtlich Abscheidetechnik, CO₂-Transport, geologischer Speicherung und Integration in den bestehenden Klinkerprozess.
In Kanada ist beispielsweise das Edmonton-Projekt vorgesehen, das ungefähr 1 Mio. Tonnen CO₂ pro Jahr abscheiden soll.
Ein besonders interessantes europäisches Forschungsprojekt ist catch4climate in Mergelstetten.
Beteiligt sind: Buzzi/Dyckerhoff,- Heidelberg Materials,- SCHWENK Zement,- Vicat.
2026 wurde dort eine Forschungs- und Entwicklungsanlage für das sogenannte Pure-Oxyfuel-Verfahren in Betrieb genommen. Die Anlage verfügt über eine Klinkerkapazität von etwa 450 t/Tag und wurde mit Investitionen von mehr als 120 Mio. Euro realisiert.
Beim Oxyfuel-Verfahren wird nicht normale Luft, sondern im Wesentlichen Sauerstoff zur Verbrennung verwendet.
Dadurch verändert sich die Abgaszusammensetzung:
Luftverbrennung → CO₂ + N₂ + weitere Bestandteile gegenüber Oxyfuel → stark CO₂-angereicherter Abgasstrom
Dadurch kann das CO₂ wesentlich leichter abgeschieden werden.
Der wissenschaftlich entscheidende Punkt ist dabei die Frage, wie sich - Sauerstoffverbrauch,- Wärmeübertragung,- Flammencharakteristik,- Klinkerqualität,- Energiebedarf,- Kreislaufgase und- CO₂-Reinheit auf den Gesamtprozess auswirken. Catch4climate soll genau diese Fragen unter realitätsnahen Bedingungen untersuchen.
Ein weiterer besonders interessanter Forschungsansatz ist LEILAC – Low Emissions Intensity Lime & Cement. Das Grundprinzip unterscheidet sich von klassischen Post-Combustion-Systemen.
Bei einem konventionellen Verfahren werden Prozess- und Verbrennungsabgase vermischt. Das CO₂ muss anschließend aus einem komplexen Gasgemisch abgeschieden werden. LEILAC verfolgt dagegen eine indirekte Beheizung des Kalzinators.
Dadurch können die CO₂-Moleküle, die unmittelbar aus dem Kalkstein freigesetzt werden, möglichst getrennt vom Verbrennungsabgas gehalten werden. Es entsteht ein hochreiner Prozess-CO₂-Strom. LEILAC-2 soll eine Abscheidung von ungefähr 100.000 t CO₂ pro Jahr demonstrieren und gleichzeitig eine skalierbare Technologie entwickeln.
Besonders interessant ist die Möglichkeit, die erforderliche Prozesswärme langfristig auch durch Elektrifizierung beziehungsweise erneuerbaren Strom bereitzustellen.
Die Elektrifizierung ist eines der spannendsten Forschungsfelder.
Heute wird die erforderliche Prozesswärme überwiegend durch Verbrennung erzeugt. Langfristig wird deshalb untersucht, ob bestimmte thermische Prozessschritte elektrisch betrieben werden können.
Dabei stehen unter anderem im Mittelpunkt:
- elektrische Kalzinierung,- Plasma- beziehungsweise Hochtemperaturprozesse,- hybride Brennersysteme,- indirekte elektrische Beheizung,- elektrische Klinkerproduktion,- Kombination mit erneuerbarer Energie. Das Ziel besteht nicht nur darin, fossile Brennstoffe durch Strom zu ersetzen. Vielmehr soll die gesamte Prozessführung so verändert werden, dass erneuerbarer Strom direkt zur Prozesswärme und gegebenenfalls zur CO₂-Abscheidung eingesetzt werden kann.
Die Kombination aus Elektrifizierung und Carbon Capture könnte langfristig besonders interessant werden.
Ein häufig unterschätztes Forschungsfeld ist die natürliche CO₂-Aufnahme von Beton. Beton beziehungsweise zementgebundene Baustoffe können während ihrer Lebensdauer CO₂ aufnehmen. Bei der Carbonatisierung reagieren Bestandteile der zementgebundenen Matrix mit CO₂ und bilden unter anderem Calciumcarbonat.
Vereinfacht:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
Damit läuft gewissermaßen die umgekehrte Reaktion zur Kalksteinentsäuerung ab. Die Herausforderung besteht allerdings darin, die tatsächlich aufgenommene CO₂-Menge wissenschaftlich korrekt zu bestimmen. Genau hier setzt das österreichische Forschungsprojekt CarboRate an.
Das österreichische Projekt CarboRate untersucht das CO₂-Aufnahmepotenzial von Betonrecyclingmaterial durch natürliche und beschleunigte Carbonatisierung. Dabei werden große Mengen Betonbruch untersucht und hinsichtlich ihrer Carbonatisierung analysiert. Zusätzlich wird erforscht, ob eine gezielte CO₂-Begasung die Aufnahme beschleunigen kann.
Besonders interessant ist die Kombination mit der Kreislaufwirtschaft: Das carbonatisierte Material soll anschließend wieder als Bestandteil von Zement beziehungsweise Beton verwendet werden.
Das Projekt läuft - meines Wissensstandes - von 2023 bis Ende 2026.
Damit wird ein völlig anderer Ansatz verfolgt:
CO₂ wird nicht ausschließlich am Schornstein abgeschieden, sondern gezielt in mineralischen Baustoffen gebunden.
Noch weiter geht die Forschung an Bindemitteln, die CO₂ nicht nur während ihrer Lebensdauer aufnehmen, sondern deren Herstellung selbst auf einer gezielten Mineralisierung beruht. Ein aktuelles europäisches Forschungsprojekt ist C-SINC.
Hier werden Magnesiumsilikate untersucht, um CO₂ dauerhaft mineralisch zu binden. Zusätzlich werden moderne Simulationsverfahren und Machine Learning eingesetzt, um Betonrezepturen hinsichtlich CO₂-Fußabdruck und mechanischer Leistungsfähigkeit zu optimieren.
Das langfristige Ziel ist ausgesprochen ambitioniert:
Der Baustoff soll nicht nur weniger CO₂ verursachen, sondern netto CO₂ aus der Atmosphäre entfernen beziehungsweise dauerhaft binden.
Allerdings befinden sich solche Ansätze noch deutlich näher an der Forschungs- und Demonstrationsphase als klassische Klinkerreduktion oder alternative Brennstoffe.
Ein weiteres großes Forschungsfeld ist die Wiederverwendung von Betonabbruch. Traditionell wird Betonrecycling vor allem auf die Gewinnung von Gesteinskörnungen konzentriert. Die Forschung untersucht zunehmend auch die zementgebundene Feinfraktion.
Interessant sind Verfahren wie:
- mechanische Aktivierung,- selektive Zerkleinerung,- thermische Behandlung,- Carbonatisierung,- Rückgewinnung reaktiver Calciumphasen,- Verwendung als sekundärer Zementbestandteil.
Eine 2025 veröffentlichte Untersuchung zeigte beispielsweise, dass mechanisch aktivierte Recycling-Betonfeinanteile im Labor als vollständiger Ersatz für Portlandzement eingesetzt werden konnten. In den untersuchten Systemen wurden rund 20 MPa Druckfestigkeit nach 28 Tagen erreicht; die Autoren ermittelten in einer vorläufigen Lebenszyklusanalyse erhebliche CO₂-Einsparpotenziale. Gleichzeitig zeigte die Untersuchung deutlich, dass Transportentfernungen einen erheblichen Einfluss auf die ökologische Bilanz haben.
Damit wird die Zukunft des Betons zunehmend zu einer Frage der Materialkreisläufe.
Ein weiterer Forschungsbereich ist die Digitalisierung der Betonrezeptur.
Traditionell werden Betonrezepturen über empirische Modelle und umfangreiche Laborversuche entwickelt. Moderne Forschung kombiniert dagegen:
- Datenbanken,- statistische Modelle,- Machine Learning,- thermodynamische Modellierung,- Lebenszyklusanalysen,- Optimierungsalgorithmen.
Ziel ist es, mit möglichst geringem Zementgehalt trotzdem die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen.
Dabei wird nicht mehr nur die Druckfestigkeit optimiert.
Künftig können gleichzeitig optimiert werden:
Festigkeit + Dauerhaftigkeit + Verarbeitbarkeit + Kosten + CO₂-Fußabdruck + Rohstoffverfügbarkeit.
Das ist für die Betonindustrie besonders relevant, weil ein niedrigerer Zementgehalt im Beton unmittelbar zu einer Reduktion der grauen Emissionen führen kann.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse der aktuellen Forschung lautet:
Der CO₂-Fußabdruck eines Bauwerks hängt nicht nur vom CO₂-Gehalt des Betons ab, sondern auch davon, wie viel Beton überhaupt benötigt wird.
Wenn beispielsweise durch optimierte Tragwerksplanung, Hochleistungsbeton, Vorspannung oder digitale Bemessung die benötigte Betonmenge reduziert werden kann, sinken gleichzeitig:
- Zementverbrauch,- Gesteinsverbrauch,- Transport,- Betonherstellung,- Bauvolumen und- langfristig die CO₂-Emissionen.
Die IEA sieht deshalb neben alternativen Materialien und CCS ausdrücklich auch Materialeffizienz als einen wesentlichen Bestandteil der Dekarbonisierung des Sektors.
Die Zukunft wird daher wahrscheinlich nicht durch eine einzige Technologie bestimmt.
Die Dekarbonisierung der Zement- und Betonindustrie ist kein einzelnes Forschungsprojekt, sondern ein technologisches Gesamtsystem. Kurzfristig besitzen insbesondere Klinkerreduktion, alternative Brennstoffe, kalzinierte Tone, optimierte Betonrezepturen und Materialeffizienz großes Potenzial. Mittelfristig gewinnen Carbon Capture, Oxyfuel, LEILAC, Elektrifizierung und neue Klinkerchemien an Bedeutung.
Langfristig könnten elektrochemische Zementherstellung, CO₂-mineralisierende Bindemittel, Carbonatisierung und geschlossene mineralische Kreisläufe die Produktionsweise grundlegend verändern. Die derzeit bedeutendsten Großprojekte sind dabei insbesondere Brevik CCS, Padeswood, Edmonton, catch4climate und LEILAC-2. Ergänzt werden sie durch zahlreiche Forschungsprogramme zu LC3, alternativen Bindemitteln, Carbonatisierung und Recycling.
Die zentrale wissenschaftliche Erkenntnis lautet deshalb: Die klimaneutrale Betonindustrie der Zukunft wird nicht auf "den klimaneutralen Zement" warten. Sie wird aus einer Kombination aus klinkerarmen Bindemitteln, effizienter Prozessführung, erneuerbarer Energie, CO₂-Abscheidung, CO₂-Mineralisierung, optimierten Betonrezepturen und konsequenter Kreislaufwirtschaft entstehen. Gerade für die Betontechnologie bedeutet das, dass sich der Schwerpunkt der Fachdisziplin zunehmend vom klassischen "Beton mit definierten Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften" hin zum "ressourcen- und CO₂-optimierten Beton über den gesamten Lebenszyklus" verschiebt.
Für Österreich ist dabei besonders interessant, dass mit CarboRate, neuen Kompositzementen, getemperten Tonen und alternativen Rohstoffen bereits konkrete Forschungsaktivitäten bestehen. Die österreichische Zementindustrie hat ihre CO₂-Intensität in den vergangenen Jahren bereits messbar reduziert; die nächste Herausforderung besteht nun darin, diese Verbesserungen mit neuen Bindemitteln, Carbon Capture und einer stärkeren Kreislaufführung des Betons zu verbinden.
Damit entsteht ein neues Forschungsparadigma: Nicht mehr nur "CO₂-armer Zement", sondern ein möglichst CO₂-armer beziehungsweise langfristig CO₂-neutraler mineralischer Stoffkreislauf.
September 2026, Martin Forcher