Von Dr.-Ing. Bernd Schiller und Dipl.-Ing. (FH) M. Eng. Roland Coerdt
Dass Beton flexibel an verschiedene Gegebenheiten angepasst werden kann, ist bekannt. Er ist extrem stabil, robust, dicht und feuerfest, rostet nicht und ist enorm dauerhaft, auch unter schwierigen Witterungsbedingungen und hohen Verkehrslasten. Vor allem aber ist der moderne Beton aus ökologischer Sicht unschlagbar. Grund genug, seine Qualität für Rinnenprodukte mit ihren speziellen Anforderungen genauer unter die Lupe zu nehmen.
Beton - ursprünglich ein Drei-Stoff-Gemisch aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung - wurde über Jahrzehnte stetig weiter entwickelt und ist heute ein wahres Hightech-Produkt. Durch Zugabe von Betonzusatzmitteln, wie z. B. Verflüssiger oder Luftporenbildner, und Betonzusatzstoffen, wie z. B. Trass oder Flugasche, können seine Eigenschaften gezielt verändert und an individuelle Verarbeitungs- und Nutzungsanforderungen angepasst werden.
Nachhaltigkeitsaspekte als wesentliches Kriterium bei der Oberflächenentwässerung
Bei Produkten für die Oberflächenentwässerung stehen heute vor allem Nachhaltigkeitsaspekte im Fokus. Ein Vergleich der beiden gängigen Werkstoffe für Entwässerungsrinnen, Beton und Polymerbeton, anhand ihres Primärenergieverbrauchs und des verursachten Treibhauspotential ist daher interessant. Als Grundlage dient die Methode der Ökobilanz nach ISO 14040 und 14044, die es ermöglicht, die Umweltauswirkung von Erzeugnissen über den gesamten Lebensweg zu erfassen und zu bewerten.
Der Vergleich wird im Folgenden an Rinnenkörpern zur Regenwasserableitung gezogen, anhand einer Losgröße von je 100 Rinnen mit einer Nennweite von 300 mm. Die Betonrinnen haben ein Gewicht von je 110 kg bei einem Bindemittelgehalt von je 18 kg (CEMII B-S). Eine vergleichbare Polymerbetonrinne mit äquivalenten hydraulischen und mechanischen Eigenschaften wiegt 64 kg und hat einen Bindemittelgehalt von mindestens 6,4 kg (UP). Als Bindemittel dient hier ein ungesättigtes Polyesterharz (UP), also ein Duroplast. Der Gewichtsvorteil der Polymerbetonrinnen und der damit verbundene Transportvorteil wird von den Herstellern als Argument für einen vermeintlich höheren Nachhaltigkeitswert angeführt.
Für die folgende Bewertung werden vorhandene Bilanzen vom VDZ (Verein Deutscher Zementwerke) für den Primärenergiegehalt von Zement und von der ACMA (American Composites Manufacturers Association) für den Primärenergiegehalt des Harzes verwendet. Die Bindemittelanteile des Polymerbeton liegen unter optimalen Produktionsbedingungen bei 10 Prozent pro Rinne; prozess- und rohstoffbedingt können die Bindemittelanteile bis zu 15 Prozent betragen.
Primärenergieverbrauch bei Betonrinnen bis zu 9-mal niedriger
Die in Tabelle 1 dargestellten Zahlen sprechen für sich: Der Primärenergieverbrauch einer vergleichbaren Polymerbetonrinne ist trotz des geringeren Gewichtes mindestens 9-mal so hoch wie bei einer Rinne aus Beton. Auf 100 Rinnenkörper gerechnet ist dieser Mindestmehraufwand äquivalent mit dem Verbrauch von 1.380 Litern Dieselkraftstoff (Tabelle 2). Mit dieser Menge könnte ein LKW eine Strecke von ca. 4.600 km zurücklegen.
Als weitere Vergleichsgröße ist das CO2-Äquivalent der Bindemittelherstellung von großem Interesse. Bei der Zementherstellung fällt neben dem thermisch bedingten auch ein rohstoffbedingter Beitrag zum Treibhauseffekt an. Denn neben dem Brennprozess bei der Klinkererzeugung ist auch die Dekarbonatisierung zu berücksichtigen.
So entsteht bei der Herstellung eines Kilogramms Zement (CEM II B-S) ein CO2-Äquivalent von 0,59 kg; bei ungesättigtem Polyesterharz wird ein Wert von 3,2 kg CO2 pro Kilogramm UP ermittelt. Pro Betonrinne ergibt sich somit ein CO2-Äquivalent von 13,0 kg; die Polymerbetonrinne weist abhängig vom Harzanteil ein CO2-Äquivalent von 26,5 kg bis zu 47,5 kg auf. Der Unterschied ist deutlich: Die Herstellung einer Polymerbetonrinne verursacht die doppelte bis dreifache Menge CO2. Trotz des geringeren Transportgewichtes der Polymerrinnen müsste unser LKW, mit 100 Rinnen beladen, 3.100 km zurücklegen, bis die CO2-Bilanz zur schwereren Betonrinne ausgeglichen ist. Die Berechnung basiert auf der Formel 60 g CO2/t*km.
Zwischenbilanz: Der Werkstoff Beton ist trotz des Dekarbonatisierungseffektes beim Zementherstellungsprozess und des höheren Gewichtes der Rinnen deutlich umweltfreundlicher als Polymerbeton - auch bei den für das Klima relevanten Schadstoffemissionen.
Werkstoff mit einzigartiger Umweltbilanz
Die hervorragende Umweltbilanz von Beton beruht auch darauf, dass seine Bestandteile sich vollständig aus der Natur gewinnen und meist auf kurzen Transportwegen beschaffen lassen. Moderner Zement als Bindemittel und die wichtigsten Zusatzstoffe bestehen zu einem großen Teil aus Nebenprodukten anderer Industriezweige.
Der Anteil von Zementen und Betonen aus Sekundärstoffen steigt kontinuierlich. Dadurch werden Ressourcen geschont und gleichzeitig Deponieraum für industrielle Nebenstoffe gespart. Durch Rezepturen mit gezielt ausgewählten Kompositzementen (CEM II/CEM III) sowie Betonzusatzmitteln und -stoffen lassen sich Betone mit anwendungsgerechten Eigenschaften und sehr hohen Druckfestigkeiten von weit über 100 kN/mm² erzeugen. Hohe Druckfestigkeitswerte sind also keine Domäne der Polymerbetonhersteller.
Ein weiterer ökologischer Vorteil: 60 Prozent des Energiebedarfs bei der Zementherstellung werden aus der Verbrennung von Industrieabfällen generiert - Tendenz steigend (Abbildung 1). Die Verwendung von Sekundärenergie ist ökologisch unbedenklich, da giftige Stoffe aus den Abfällen im Verbrennungsprozess zerfallen. Der intensive Einsatz von Sekundärbrennstoffen, aber auch die Substitution von energieintensivem Zementklinker durch z. B. latent hydraulischen Hüttensand sind wesentliche Gründe für den niedrigen Primärenergieaufwand und das geringe Treibhauspotential.
Die Produktion von Betonrinnen zeichnet sich außerdem durch eine gute Prozessfähigkeit aus, die sich positiv in der Ökobilanz niederschlägt. In dem technisch ausgereiften, robusten Prozess wird Abfall komplett vermieden, denn Bruch oder Frischbetonrückmengen können entweder "frisch" in die Produktion zurückgeführt oder nach Erhärten wieder aufbereitet werden.
Auch über den Herstellungsprozess hinaus ist Beton ein enorm nachhaltiger Werkstoff. Die Bauwerke der alten Römer zeigen uns, wie robust und dauerhaft Beton ist. Eine zweckentsprechende Zusammensetzung des Betons sorgt für die nötige Stabilität und Haltbarkeit auch bei extremen dynamischen Belastungen. Beweis hierfür ist die ausschließliche Verwendung hochfester Betone im Bereich von Flughafenflächen, Industrie-Umschlagplätzen oder Panzerstraßen.
Auch Produkte aus Polymerharzen sind bei entsprechend hohem Harzgehalt sehr stabil. Beton jedoch ist auch ohne den Einsatz ökologisch bedenklicher Zugaben formstabil und hochbelastbar.
Nachhaltig im gesamten Produktlebenszyklus
In der Ökobilanz schlägt sich die Vermeidung von Abfall positiv nieder, denn Ressourcen und Umwelt werden so optimal geschont (Abbildung 2). Beton hat einen höheren Aufbereitungsfaktor als z. B. Altglas oder Kunststoff und bleibt auch nach der Nutzungsphase ein Wertstoff (Tabelle 3). Betonabbruch kann vielseitig wiederverwendet werden.
Polymerbeton dagegen lässt sich nur auf Deponien entsorgen, oder unter bestimmten Voraussetzungen als Unterbau im Straßenverkehr. Er kann in keiner Weise mehr verwertet oder in einen Produktlebenszyklus zurückgeführt werden.
Entwässerungsrinnen müssen natürlich funktional sein und vor allem eines können: sicher und zuverlässig anfallendes Niederschlagswasser sammeln und ableiten. Die Entwässerungsleistung ist bei mineralischen Rinnenwerkstoffen gleich; Faserfixbeton, Beton und Polymerbeton leisten in dieser Hinsicht gleichermaßen gute Arbeit. Nachgewiesen ist jedoch, dass unter ökologischen Gesichtspunkten Beton deutliche Vorteile bietet.
Im Sinne von Umweltbewusstsein und Nachhaltigkeit hat der moderne faserbewehrte Beton klar die Nase vorn.
Die Autoren sind beim Innovationsführer Hauraton als Experten tätig. Dr.-Ing. Bernd Schiller leitet hier den Bereich Forschung und Entwicklung, Dipl.-Ing. (FH) M. Eng. Roland Coerdt ist Produktmanager und maßgeblich im Bereich Betontechnologie tätig.
Dass Beton flexibel an verschiedene Gegebenheiten angepasst werden kann, ist bekannt. Er ist extrem stabil, robust, dicht und feuerfest, rostet nicht und ist enorm dauerhaft, auch unter schwierigen Witterungsbedingungen und hohen Verkehrslasten. Vor allem aber ist der moderne Beton aus ökologischer Sicht unschlagbar. Grund genug, seine Qualität für Rinnenprodukte mit ihren speziellen Anforderungen genauer unter die Lupe zu nehmen.
Beton - ursprünglich ein Drei-Stoff-Gemisch aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung - wurde über Jahrzehnte stetig weiter entwickelt und ist heute ein wahres Hightech-Produkt. Durch Zugabe von Betonzusatzmitteln, wie z. B. Verflüssiger oder Luftporenbildner, und Betonzusatzstoffen, wie z. B. Trass oder Flugasche, können seine Eigenschaften gezielt verändert und an individuelle Verarbeitungs- und Nutzungsanforderungen angepasst werden.
Nachhaltigkeitsaspekte als wesentliches Kriterium bei der Oberflächenentwässerung
Bei Produkten für die Oberflächenentwässerung stehen heute vor allem Nachhaltigkeitsaspekte im Fokus. Ein Vergleich der beiden gängigen Werkstoffe für Entwässerungsrinnen, Beton und Polymerbeton, anhand ihres Primärenergieverbrauchs und des verursachten Treibhauspotential ist daher interessant. Als Grundlage dient die Methode der Ökobilanz nach ISO 14040 und 14044, die es ermöglicht, die Umweltauswirkung von Erzeugnissen über den gesamten Lebensweg zu erfassen und zu bewerten.
Der Vergleich wird im Folgenden an Rinnenkörpern zur Regenwasserableitung gezogen, anhand einer Losgröße von je 100 Rinnen mit einer Nennweite von 300 mm. Die Betonrinnen haben ein Gewicht von je 110 kg bei einem Bindemittelgehalt von je 18 kg (CEMII B-S). Eine vergleichbare Polymerbetonrinne mit äquivalenten hydraulischen und mechanischen Eigenschaften wiegt 64 kg und hat einen Bindemittelgehalt von mindestens 6,4 kg (UP). Als Bindemittel dient hier ein ungesättigtes Polyesterharz (UP), also ein Duroplast. Der Gewichtsvorteil der Polymerbetonrinnen und der damit verbundene Transportvorteil wird von den Herstellern als Argument für einen vermeintlich höheren Nachhaltigkeitswert angeführt.
Für die folgende Bewertung werden vorhandene Bilanzen vom VDZ (Verein Deutscher Zementwerke) für den Primärenergiegehalt von Zement und von der ACMA (American Composites Manufacturers Association) für den Primärenergiegehalt des Harzes verwendet. Die Bindemittelanteile des Polymerbeton liegen unter optimalen Produktionsbedingungen bei 10 Prozent pro Rinne; prozess- und rohstoffbedingt können die Bindemittelanteile bis zu 15 Prozent betragen.
Primärenergieverbrauch bei Betonrinnen bis zu 9-mal niedriger
Die in Tabelle 1 dargestellten Zahlen sprechen für sich: Der Primärenergieverbrauch einer vergleichbaren Polymerbetonrinne ist trotz des geringeren Gewichtes mindestens 9-mal so hoch wie bei einer Rinne aus Beton. Auf 100 Rinnenkörper gerechnet ist dieser Mindestmehraufwand äquivalent mit dem Verbrauch von 1.380 Litern Dieselkraftstoff (Tabelle 2). Mit dieser Menge könnte ein LKW eine Strecke von ca. 4.600 km zurücklegen.
Als weitere Vergleichsgröße ist das CO2-Äquivalent der Bindemittelherstellung von großem Interesse. Bei der Zementherstellung fällt neben dem thermisch bedingten auch ein rohstoffbedingter Beitrag zum Treibhauseffekt an. Denn neben dem Brennprozess bei der Klinkererzeugung ist auch die Dekarbonatisierung zu berücksichtigen.
So entsteht bei der Herstellung eines Kilogramms Zement (CEM II B-S) ein CO2-Äquivalent von 0,59 kg; bei ungesättigtem Polyesterharz wird ein Wert von 3,2 kg CO2 pro Kilogramm UP ermittelt. Pro Betonrinne ergibt sich somit ein CO2-Äquivalent von 13,0 kg; die Polymerbetonrinne weist abhängig vom Harzanteil ein CO2-Äquivalent von 26,5 kg bis zu 47,5 kg auf. Der Unterschied ist deutlich: Die Herstellung einer Polymerbetonrinne verursacht die doppelte bis dreifache Menge CO2. Trotz des geringeren Transportgewichtes der Polymerrinnen müsste unser LKW, mit 100 Rinnen beladen, 3.100 km zurücklegen, bis die CO2-Bilanz zur schwereren Betonrinne ausgeglichen ist. Die Berechnung basiert auf der Formel 60 g CO2/t*km.
Zwischenbilanz: Der Werkstoff Beton ist trotz des Dekarbonatisierungseffektes beim Zementherstellungsprozess und des höheren Gewichtes der Rinnen deutlich umweltfreundlicher als Polymerbeton - auch bei den für das Klima relevanten Schadstoffemissionen.
Werkstoff mit einzigartiger Umweltbilanz
Die hervorragende Umweltbilanz von Beton beruht auch darauf, dass seine Bestandteile sich vollständig aus der Natur gewinnen und meist auf kurzen Transportwegen beschaffen lassen. Moderner Zement als Bindemittel und die wichtigsten Zusatzstoffe bestehen zu einem großen Teil aus Nebenprodukten anderer Industriezweige.
Der Anteil von Zementen und Betonen aus Sekundärstoffen steigt kontinuierlich. Dadurch werden Ressourcen geschont und gleichzeitig Deponieraum für industrielle Nebenstoffe gespart. Durch Rezepturen mit gezielt ausgewählten Kompositzementen (CEM II/CEM III) sowie Betonzusatzmitteln und -stoffen lassen sich Betone mit anwendungsgerechten Eigenschaften und sehr hohen Druckfestigkeiten von weit über 100 kN/mm² erzeugen. Hohe Druckfestigkeitswerte sind also keine Domäne der Polymerbetonhersteller.
Ein weiterer ökologischer Vorteil: 60 Prozent des Energiebedarfs bei der Zementherstellung werden aus der Verbrennung von Industrieabfällen generiert - Tendenz steigend (Abbildung 1). Die Verwendung von Sekundärenergie ist ökologisch unbedenklich, da giftige Stoffe aus den Abfällen im Verbrennungsprozess zerfallen. Der intensive Einsatz von Sekundärbrennstoffen, aber auch die Substitution von energieintensivem Zementklinker durch z. B. latent hydraulischen Hüttensand sind wesentliche Gründe für den niedrigen Primärenergieaufwand und das geringe Treibhauspotential.
Die Produktion von Betonrinnen zeichnet sich außerdem durch eine gute Prozessfähigkeit aus, die sich positiv in der Ökobilanz niederschlägt. In dem technisch ausgereiften, robusten Prozess wird Abfall komplett vermieden, denn Bruch oder Frischbetonrückmengen können entweder "frisch" in die Produktion zurückgeführt oder nach Erhärten wieder aufbereitet werden.
Auch über den Herstellungsprozess hinaus ist Beton ein enorm nachhaltiger Werkstoff. Die Bauwerke der alten Römer zeigen uns, wie robust und dauerhaft Beton ist. Eine zweckentsprechende Zusammensetzung des Betons sorgt für die nötige Stabilität und Haltbarkeit auch bei extremen dynamischen Belastungen. Beweis hierfür ist die ausschließliche Verwendung hochfester Betone im Bereich von Flughafenflächen, Industrie-Umschlagplätzen oder Panzerstraßen.
Auch Produkte aus Polymerharzen sind bei entsprechend hohem Harzgehalt sehr stabil. Beton jedoch ist auch ohne den Einsatz ökologisch bedenklicher Zugaben formstabil und hochbelastbar.
Nachhaltig im gesamten Produktlebenszyklus
In der Ökobilanz schlägt sich die Vermeidung von Abfall positiv nieder, denn Ressourcen und Umwelt werden so optimal geschont (Abbildung 2). Beton hat einen höheren Aufbereitungsfaktor als z. B. Altglas oder Kunststoff und bleibt auch nach der Nutzungsphase ein Wertstoff (Tabelle 3). Betonabbruch kann vielseitig wiederverwendet werden.
Polymerbeton dagegen lässt sich nur auf Deponien entsorgen, oder unter bestimmten Voraussetzungen als Unterbau im Straßenverkehr. Er kann in keiner Weise mehr verwertet oder in einen Produktlebenszyklus zurückgeführt werden.
Entwässerungsrinnen müssen natürlich funktional sein und vor allem eines können: sicher und zuverlässig anfallendes Niederschlagswasser sammeln und ableiten. Die Entwässerungsleistung ist bei mineralischen Rinnenwerkstoffen gleich; Faserfixbeton, Beton und Polymerbeton leisten in dieser Hinsicht gleichermaßen gute Arbeit. Nachgewiesen ist jedoch, dass unter ökologischen Gesichtspunkten Beton deutliche Vorteile bietet.
Im Sinne von Umweltbewusstsein und Nachhaltigkeit hat der moderne faserbewehrte Beton klar die Nase vorn.
Die Autoren sind beim Innovationsführer Hauraton als Experten tätig. Dr.-Ing. Bernd Schiller leitet hier den Bereich Forschung und Entwicklung, Dipl.-Ing. (FH) M. Eng. Roland Coerdt ist Produktmanager und maßgeblich im Bereich Betontechnologie tätig.
