Wie Flugaschebeton funktioniert

Wenn Sie an grüne Baumaterialien denken , ist Kohle wahrscheinlich das Letzte, was Ihnen in den Sinn kommt. Kohle ist in den meisten praktischen Anwendungen weder grün noch ein Baumaterial. Im Gegenteil, Kohle ist für einen großen Teil der weltweit produzierten Treibhausgasemissionen und Luftverschmutzung verantwortlich. Aber ironischerweise ist Kohle auch für die Entstehung von Flugaschebeton verantwortlich, einem neuen Baumaterial, das dazu beitragen könnte, die CO2-Emissionen in der Bauindustrie einzudämmen.

Flugasche entsteht, wenn Kohle verbrannt wird, und Umweltgesetze in den Vereinigten Staaten verlangen, dass Energieunternehmen sie auffangen und ordnungsgemäß entsorgen. Die Entsorgung stellt aufgrund der schieren Menge an Kohleasche, die von Kohlekraftwerken produziert wird, eine Herausforderung dar , und auch, weil die Schwermetalle in Kohle Flugasche zu einer potenziell gefährlichen Substanz machen. Kohlekraftwerke in den USA haben auch nicht gerade die sauberste Erfolgsbilanz im Umgang mit der Entsorgung von Kohlenasche, da in den letzten Jahren mehrere große Kohleascheverschmutzungen gemeldet wurden.

Um mit diesen beiden Problemen fertig zu werden, hatte die Bauindustrie die clevere Idee, Beton aus Flugasche zu formulieren und Portlandzement (der Hauptbestandteil in den meisten Betonen ) durch Flugasche zu ersetzen. Überraschenderweise hat Flugasche mehrere Eigenschaften, die sie zu einer perfekten Zutat für Beton machen: Sie hat eine große Festigkeit und Haltbarkeit (obwohl wir noch abwarten, wie sie sich langfristig verhält) und natürlich ist sie billig. Und weil es sich um ein recyceltes Material handelt, trägt es dazu bei, Betonunternehmen daran zu hindern, unnötigerweise andere Materialien zur Betonherstellung abzubauen.

Alle gewinnen, oder? In vielerlei Hinsicht sieht Flugaschebeton wie ein Gewinner aus, aber es gibt immer noch einige anhaltende Bedenken hinsichtlich der Sicherheit, uns mit zu viel Flugasche zu umgeben. Kohle ist ein Material voller Schadstoffe, und es gibt noch einige Fragen darüber, ob Schwermetalle aus Beton aus Kohleasche herausgelöst werden können. Es wurden auch Bedenken geäußert, ob die Verwendung von Flugasche Bauherren Klagen aussetzen und sie vom Versicherungsschutz ausnehmen würde. Lesen Sie weiter, um mehr darüber zu erfahren, wie Flugaschebeton hergestellt wird, und um herauszufinden, ob er tatsächlich sicher ist.

1. Was ist Flugasche?
2. Wie Flugasche verwendet wird
3. Umweltvorteile von Flugaschebeton
4. Mögliche Gefahren durch Flugasche
5. Anmerkung des Verfassers

In Amerika stammen mehr als 50 Prozent unseres Stroms aus Kohlekraftwerken, in denen Kohle zu feinem Pulver gemahlen, in einen Kessel gegeben und bei sehr hohen Temperaturen verbrannt wird. Die Wärme des Kessels erzeugt Dampf, der zum Drehen einer Turbine und zur Stromerzeugung verwendet wird. Das Verbrennen von Kohle ist ein sehr schmutziger Prozess, aber moderne Kohlekraftwerke verfügen über Einrichtungen zur Schadstoffkontrolle, die verhindern, dass alle Feinstaubpartikel die Schornsteine ​​verlassen. Wenn diese Ausrüstung gereinigt wird, bleibt Kohleasche übrig [Quelle: Dewan ].

Da Kohlekraft so weit verbreitet ist, ist Flugasche eines der am häufigsten vorkommenden industriellen Nebenprodukte auf der Erde. Anstatt es also in Lagerteiche zu füllen, die nur darauf warten, verschüttet zu werden, ist es für Unternehmen sinnvoll, es als Baumaterial sinnvoll zu nutzen . Die Verwendung von Flugasche in Beton verhindert nicht nur, dass diese Schwermetalle wieder in die Umwelt freigesetzt werden, sondern hält Zementhersteller auch davon ab, neue Rohstoffe abzubauen.

Wie Sie vielleicht erwarten, ist Kohleasche ein Cocktail aus giftigen Chemikalien – sie enthält die gleichen Schwermetalle, die in Kohle vorkommen, nur in höheren Konzentrationen. Flugasche enthält typischerweise Schwermetalle wie Arsen, Blei und Selen, die dafür bekannt sind, Krebs und andere Gesundheitsprobleme zu verursachen. Wegen der bekannten Risiken haben Umweltschützer lange dafür gekämpft, dass Flugasche als Gefahrstoff eingestuft wird, aber sie stoßen auf heftigen Widerstand der Energiewirtschaft und jetzt der Bauindustrie.

Da sie Schwermetalle enthält, stellt die Lagerung und sichere Entsorgung von Flugasche eine große Herausforderung für Energieversorger dar. Es wird normalerweise mit Wasser gemischt und in Aschenbecken gelagert, die Stürmen ausgesetzt sein und Verschüttungen verursachen können. Derzeit gibt es etwa 600 Standorte für Kohleasche in 35 Bundesstaaten im ganzen Land, und viele von ihnen sind in den letzten Jahren verschüttet worden [Quelle: Merchant ]. Die größte Flugascheverschmutzung in der Geschichte der USA ereignete sich 2008 in der Kingston Fossil Plant, die etwa 40 Meilen westlich von Knoxville, Tennessee, liegt. Dort wurden etwa eine Milliarde Gallonen Flugascheschlamm und Wasser in das umliegende Land und in die Wasserstraßen freigesetzt eine Umweltkatastrophe [Quelle: Leben auf der Erde ].

Eine mögliche Lösung für das Lager- und Entsorgungsproblem, die dazu beitragen könnte, Verschüttungen wie in Tennessee zu verhindern, besteht darin, Flugasche als Baumaterial zu verwenden. Bei der Verwendung in Beton wird Flugasche im Allgemeinen als ziemlich sicher angesehen. Obwohl es oft bekannte Karzinogene enthält, wird angenommen, dass die schädlichen Auswirkungen neutralisiert werden, wenn Flugasche zu Betonmischungen hinzugefügt wird.

OK, ziehen wir für eine Minute unsere Laborkittel an und kommen wir zur Chemie, wie Flugasche funktioniert und was sie so besonders macht. Wir sagen immer wieder, dass Flugasche ein guter Ersatz für Portlandzement ist, aber was genau ist Portlandzement? Komisch, dass du fragst. Es ist nur die weltweit am häufigsten verwendete Zementart und der Hauptbestandteil der meisten Betonarten . Kalk und Kieselsäure machen den Großteil von Portlandzement aus, und es enthält auch Aluminium und Eisen. Die meisten Arten von Portlandzement enthalten eine Mischung aus Kalkstein, Kreide, Muscheln und einer Vielzahl von Ton, Schiefer und Sand. Die Herstellung von Portlandzement ist ein sehr energie- und ressourcenintensiver Prozess, weshalb es sinnvoll ist, nach einem guten Ersatz zu suchen [Quelle: Portland Cement Association ].

Geopolymerbeton ist der technische Name für Flugasche oder jede andere Art von Beton aus synthetischen Alumosilikatmaterialien (Materialien aus Aluminium, Silizium und Sauerstoff). Wenn Flugasche zu einer Zementmischung hinzugefügt wird, ist sie nicht nur ein Füllstoff, sondern reagiert tatsächlich mit den anderen Verbindungen, die in Portlandzement enthalten sind, und wird Teil der Matrix. Es ist reich an Aluminiumoxid und Silikat, was dazu führt, dass es mit alkalischen Lösungen reagiert, um ein bindendes Alumosilikatgel zu erzeugen. Das resultierende Produkt ist ein ausgezeichneter Ersatz für den traditionellen gewöhnlichen Portlandzement [Quelle: van Riessen ].

Heutzutage sind Betonmischungen üblich, bei denen bis zu 25 Prozent des Zements durch Flugasche ersetzt werden, und einige Betonhersteller ersetzen bis zu 50 Prozent. Höhere Flugaschekonzentrationen erfordern jedoch verstärkte Tests, da die Ergebnisse variieren können.

Aus Sicht eines Bauherrn ist das Wichtigste an Flugaschebeton seine Leistung, und er enttäuscht nicht. Das Hinzufügen von Flugasche zu der Mischung hat die Fähigkeit, Beton zu verbessern, da eine Änderung der Betonzusammensetzung Festigkeit und Haltbarkeit erhöhen kann. Das resultierende Material ist weniger porös als typischer Portlandzement und widerstandsfähiger gegen Korrosion und vorzeitige Verschlechterung [Quelle: Ideker ]. Flugaschebeton ist nicht nur haltbarer als gewöhnlicher Portlandzement, sondern auch säure- und feuerbeständiger und weist eine höhere Druck- und Zugfestigkeit (Dehnungsfestigkeit) auf.

Flugaschebeton ist in vielerlei Hinsicht das ultimative Paradoxon. Flugasche stammt aus einer der größten Quellen für Luftverschmutzung und Kohlendioxidemissionen auf der Erde und gilt dennoch als grünes Material. Was ist das Problem? Der Hauptgrund, warum Flugasche bei der Verwendung im Bauwesen als umweltfreundlich gilt, liegt darin, dass es sich um ein recyceltes Material handelt. Wenn Energieversorger ohnehin Kohle verbrennen und Flugasche produzieren, macht es Sinn, sie sinnvoll zu nutzen, vor allem, wenn sie im Bausektor Geld und Energie sparen kann.

Zement von Grund auf neu herzustellen ist ein sehr energieintensiver Prozess. Konservative Schätzungen gehen davon aus, dass die Betonherstellung weltweit zwischen 5 und 8 Prozent der Treibhausgasemissionen ausmacht, aber es könnte noch mehr sein. Wir produzieren derzeit mehr als 2,6 Milliarden Tonnen Portlandzement pro Jahr, und diese Zahl wird mit steigender Bevölkerungszahl steigen, es sei denn, es gibt eine umweltfreundlichere Option, die sie ersetzt.

Hier kommt Flugaschebeton ins Spiel. Flugaschebeton hat die Fähigkeit, gleichzeitig die globalen Kohlenstoffemissionen einzudämmen und gleichzeitig eine bessere und dauerhaftere Infrastruktur zu entwickeln, die nicht so oft wieder aufgebaut werden müsste. Tatsächlich stellte eine Studie sogar fest, dass Flugascheziegel auch Kohlendioxid aus der Umwelt speichern können, was einen weiteren grünen Vorteil hinzufügt [Quelle: Liu ].

Der US Green Building Council scheint sich über den grünen Ruf von Flugasche einig zu sein; Der herausragende Schiedsrichter aller Angelegenheiten im Zusammenhang mit Fragen des grünen Bauens, Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) , schreibt den Ersatz von Flugaschebeton durch mindestens 40 Prozent des gewöhnlichen Portlandzements zu [Quelle: Portland Cement Association ]. Eine Ökobilanz, die eine Analyse jeder Produktionsphase von der Wiege bis zur Bahre darstellt, zeigt, dass der Ersatz von gewöhnlichem Portlandzement durch Flugaschebeton die Kohlenstoffemissionen um bis zu 90 Prozent senken kann. Das liegt vor allem daran, dass Flugasche ein recyceltes Material ist und das Ersetzen von neuem Portlandzement durch Flugasche unnötige Kohlendioxidemissionen verhindert, und weil es haltbarer ist, muss es nicht so oft zerrissen und ersetzt werden [Quelle:Salton ].

Natürlich ist Flugasche nicht unumstritten. Da Flugasche ein Nebenprodukt von Kohle ist, die selbst voller Schwermetalle und Giftstoffe ist, die gefährlich sein können, wurden Bedenken geäußert, dass Gebäude aus Flugaschebeton für Menschen schädlich sein könnten.

Die größte Herausforderung für Flugasche kam 2008 nach dem massiven Auslaufen von Flugasche in der Kingston Fossil Plant in Tennessee (siehe Seitenleiste). Dann, ein paar Wochen später, gab es einen weiteren kleineren Flugascheunfall in Alabama, der Flugasche in den Nachrichten hielt. Diese Verschüttungen und die daraus resultierenden Reinigungs- und Berichterstattungen brachten Flugasche auf das Radar der Environmental Protection Agency (EPA) und veranlassten Umweltaktivisten, strengere Vorschriften zu fordern. Seitdem wägt die EPA ab, ob sie Flugasche als gefährlichen Abfall einstufen soll oder nicht, und obwohl die Behörde erklärt hat, dass eine solche Einstufung keine Auswirkungen auf Flugasche haben würde, die zur Betonherstellung verwendet wird, waren Beobachter aus der Bauindustrie skeptisch [ Quelle: Purdy ].

Aber ist es wirklich sicher, in einem Gebäude aus Kohle zu leben? Die Sicherheit von Flugasche in Beton wurde heiß diskutiert. Während Geopolymerbeton nachweislich gefährliche Elemente wie Arsen, Chrom und Selen auslaugt, hat mindestens eine Studie gezeigt, dass die Zugabe von Kalzium dazu beitragen kann, die Auslaugbarkeit von Schwermetallen zu verringern [Quelle: Sanusi ]. Es bleiben jedoch noch viele Fragen offen, was mit den Schwermetallen und anderen Substanzen in der Flugasche passiert, wenn der Beton zerfällt und entsorgt wird [Quelle: Post ].

Die Betonindustrie befürchtet, dass selbst ein hybrides Gesetz, das nur gelagerte Flugasche als Gefahrstoff einstuft, Flugaschebeton immer noch stigmatisieren und auf eine ähnliche Stufe wie Asbest oder Bleifarbe stellen würde . Selbst wenn es in konkreten Anwendungen sicher ist, könnte die gefährliche Einstufung für Flugasche Bauunternehmen möglicherweise anfälliger für Klagen machen.

Tennessees Spill

Im Dezember 2008 brach ein Deich in der TVA Kingston Fossil Plant in Roane County, Tennessee, und setzte mehr als 5,4 Millionen Kubikmeter Flugasche von der Deponie vor Ort frei. Die Verschüttung bedeckte mehr als 300 Morgen Land und Wasser. Das Umwelt- und Naturschutzministerium von Tennessee und die Umweltschutzbehörde arbeiten seitdem daran, die betroffenen Gebiete zu säubern.

Ich habe im Laufe der Jahre ziemlich viel über umweltfreundliche Gebäude und Konstruktionen geschrieben, aber ich gebe zu, dass ich, als ich die Worte „Flugasche“ auf dem Bildschirm sah, als ich diesen Auftrag erhielt, eine Lücke zog. Ich bin gespannt, was mit diesem Zeug passieren wird. Im Moment scheint Beton eine absolut gute Verwendung für Flugasche zu sein, aber im besten Fall werden wir uns weiterhin von Kohle entwöhnen, bis zu dem Punkt, an dem die Entsorgung von Flugasche kein so großes Problem mehr darstellt.

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Quellen