Klimaatvriendelijk cement, bestaat dat?

Beton is overal. Het zou na water het meest gebruikte materiaal op aarde zijn. Dat gaat gepaard met een serieuze kost voor het klimaat, want de productie van cement, het bindmiddel dat beton samenhoudt, is een grote bron van CO2-uitstoot. De grootste industriële uitstoter na de staalindustrie zelfs, verantwoordelijk voor acht procent van de wereldwijde CO2-uitstoot.

Als we de klimaatdoelstellingen van het Akkoord van Parijs willen halen, zal de cementindustrie dringend grondige veranderingen moeten doorvoeren. Volgens een rapport van de internationale denktank Chatham House hebben maatregelen in de sector er al voor gezorgd dat de CO2-uitstoot bij de productie van één ton cement daalde met 18 procent sinds de jaren negentig. Terwijl daar toen nog gemiddeld een ton CO2 voor werd uitgestoten, is dat vandaag nog zo’n 0,8 ton.

Toch stoot de industrie vandaag vijftig procent meer CO2 uit dan in de jaren negentig, omdat de cementproductie bijna verviervoudigd is, naar meer dan vier miljard ton per jaar. Men verwacht dat de productie de komende tien jaar zal blijven stijgen, met 500 miljoen ton per jaar, door economische groei, verstedelijking en bevolkingsgroei in onder meer India, Zuidoost-Azië en Afrika.

Deel van het productieproces

De meest gebruikte cementsoort is portlandcement. Het basisbestanddeel hiervan is klinker, een grindachtige substantie die ontstaat door kalksteen en klei op 1450 graden te verhitten in een oven. Door een chemische reactie in de oven splitst de kalksteen zich in kalk en CO2. Zo’n zestig procent van de uitstoot van de cementproductie komt voort uit dit chemisch proces.

Het goede nieuws is dat er al veel oplossingen bestaan, alleen is het vaak niet evident ze te implementeren.

Hernieuwbare energie gebruiken is dus niet dé oplossing, want het brandstofverbruik van de ovens veroorzaakt maar veertig procent van de totale uitstoot. Dat maakt het voor de cementsector moeilijk om de uitstoot ten gronde aan te pakken. Het goede nieuws is dat er al veel oplossingen bestaan, alleen is het vaak niet evident ze te implementeren.

Verbeteringen die de cementindustrie wel al doorvoerde: ovens energie-efficiënter maken, afval gebruiken als brandstof of een deel van de klinker vervangen door materialen met een lagere ecologische voetafdruk. Universiteiten, start-ups en ook de cementindustrie zelf zoeken naar alternatieven voor de klinker in het cement.

Beton zonder cement

Een veelbelovend alternatief is LC3, een cement op basis van klei dat een deel van het gewone cement vervangt. Het wordt op veel lagere temperaturen verhit. De Zwitserse materiaalchemica Karen Scrivener werkte mee aan de ontwikkeling van LC3 aan de Federale Polytechnische School van Lausanne (EPFL): ‘Het grote voordeel is dat dit soort klei zowat overal ter wereld ruim voorradig is’, zegt Scrivener. ‘Bovendien is het op lange termijn ook goedkoper voor cementproducenten.’

Sommige onderzoekers gaan nog een stap verder en gaan op zoek naar manieren om cement in zijn geheel te vervangen. Het Amerikaanse cement-techbedrijf Solidia ontwikkelde bijvoorbeeld een alternatief cement waarmee het prefab betonblokken maakt. Het cement kan op lagere temperaturen in de oven en bij de chemische reactie wordt minder CO2 uitgestoten. Nog opvallender is dat deze cementsoort geen water maar CO2 nodig heeft om uit te harden.

De betonblokken krijgen dus een CO2-injectie en hebben vervolgens slechts 24 uur nodig om uit te harden, terwijl dat voor het standaard portlandcement 28 dagen is. Solidia ontwikkelde deze techniek samen met het grootste cementbedrijf ter wereld, LafargeHolcim. De betonblokken zijn in de VS sinds een jaar op de markt. Hun ecologische voetafdruk zou zeventig procent lager liggen dan die van klassiek beton, zo beweert het bedrijf.

In de Europese Unie zitten de blokken in een testfase. Het Britse gas- en oliebedrijf BP investeerde in Solidia en wil de technologie gebruiken in de buurt van zijn fabrieken. Ook de EU financiert experimenten met de technologie van Solidia in Europa, bijvoorbeeld in een cementfabriek van LafargeHolcim in Engeland.

Biotechbedrijf BioMason, ook in de Verenigde Staten, zet dan weer bacteriën aan het werk om bakstenen te maken. Ginger Dosier, die het bedrijf mee oprichtte, raakte geïnspireerd door hoe koralen zich vormen: uit een hard, cementachtig materiaal dat ontstaat via een natuurlijk proces.

Dosier begon te experimenteren met bacteriën in zand en kwam tot de juiste samenstelling voor een hard, stabiel materiaal. Ze was niet de eerste die met bacteriën aan de slag ging. Veel onderzoekers en universiteiten doen hier al langer tests mee. BioMason heeft intussen wel een kleinschalige fabriek, waar de bacteriën met zand in mallen gegoten worden. Voorlopig worden de bakstenen nog niet op grote schaal commercieel verdeeld.

Voor cementproducenten zijn dit soort initiatieven een bedreiging van hun bestaande businessmodel.

Om dit soort vernieuwende oplossingen op de markt te krijgen, zijn uitgebreide en langdurige tests nodig om te zien hoe de materialen buiten het laboratorium presteren. Ook moet beoordeeld worden of de nieuwe materialen voldoen aan de internationale standaarden. Voor cementproducenten zijn dit soort initiatieven een bedreiging van hun bestaande businessmodel.

Ook aannemers staan vaak huiverachtig tegenover innovatieve materialen, omdat ze aansprakelijk zijn als het misloopt. De meest baanbrekende innovaties komen vaak niet van de cementsector. Maar net die worden structureel benadeeld, zo stelt een rapport van de ngo Sandbag. Wie cement zonder klinker maakt – en dus minder uitstoot –, draagt het meest bij aan vergroening maar krijgt het minste geld. Want net die initiatieven zitten niet in het Europese emissiehandelsysteem (ETS). Dat moet in theorie fabrikanten met een lage uitstoot belonen en diegenen met een hoge uitstoot bestraffen.

Daarnaast zijn de Europese standaarden volledig gebaseerd op portlandcement, en dat maakt het moeilijk om innovatief cement gecertificeerd te krijgen. ‘Die ongelijke behandeling, van nieuwe spelers tegenover gevestigde bedrijven, drukt innovatie de kop in en begunstigt de fabrikanten van vervuilende producten’, stelt het rapport.

Circulair cement

Ook bouwmaterialen uit sloop hergebruiken kan heel wat winst voor het klimaat genereren. Cement uit gesloopte gebouwen hergebruiken was tot voor kort niet mogelijk. Maar dankzij een Nederlandse uitvinding van Koos Schenk kan het nu wel: de Smart Liberator, een machine die beton verpulvert en de bestanddelen zand, grind en cement van elkaar scheidt.

Meer zelfs, de Smart Liberator kan gereageerd cement scheiden van niet-gereageerd cement. En dat is baanbrekend. Cement reageert met water en zo wordt het hard. In beton wordt standaard te veel cement gebruikt, zodat de productie sneller gaat. Een deel van dat teveel aan cement reageert niet met het water; daardoor is het niet verhard en kan je het gewoon als grondstof opnieuw gebruiken.

Dat niet-gereageerde cement kan gewoon hergebruikt worden in beton zonder dat je het nog moet gaan verhitten, en dus zonder extra CO2-uitstoot te veroorzaken.

Hier zie je de machine aan het werk:

Dit circulaire beton is sinds vorig jaar op de markt, sinds de Nederlandse wegenbouwer Rutte en New Horizon Urban Mining, dat inzet op het hergebruik van bouwmaterialen uit sloop, de handen in elkaar sloegen. ‘We kunnen dertig tot vijftig procent van het cement in ons beton vervangen door gebruikt cement. Dat we het grind en het zand kunnen hergebruiken, zorgt ook nog eens voor een grote milieuwinst’, zegt Erik Koremans van New Horizon Urban Mining.

‘We kunnen dertig tot vijftig procent van het cement in ons beton vervangen door gebruikt cement.’

Een combinatie van alle bovenstaande maatregelen zou de CO2-uitstoot van de cementsector sterk kunnen doen dalen. Volgens een rapport van het EPFL in Lausanne zou de uitstoot zelfs met tachtig procent kunnen dalen als er niet enkel gekeken wordt naar de cementproducenten, maar naar alle spelers in de waardeketen. Zo wordt er in gebouwen bijvoorbeeld vaak meer beton dan nodig gebruikt.

Maar om een nuluitstoot te realiseren, zijn grotere ingrepen nodig. Hoe goed zijn cementfabrikanten voorbereid op een klimaattransitie? Carole Ferguson onderzocht het voor het Carbon Disclosure Project. ‘Als ik zie wat cementbedrijven nu doen, dan denk ik niet dat de doelstellingen van het Akkoord van Parijs haalbaar zijn. Ze moeten dringend meer doen dan ze nu doen. Als je bijvoorbeeld kijkt naar de score van de twee grootste cementbedrijven in ons rapport, Heidelberg en LaFarge, dan was dat niet slecht, maar je kan ook niet zeggen dat ze echt baanbrekend werk verrichten.’

CO2 uit de lucht halen?

Zowel denktank Chatham House, het EPFL en zusteruniversiteit ETHZ als het Internationaal Energieagentschap brachten rapporten uit waarin ze berekenden hoe de CO2-uitstoot van de cementsector teruggebracht kan worden om de klimaatdoelstellingen te halen. Al deze rapporten halen aan dat de nuluitstoot van de sector nooit bereikt kan worden zonder ook CO2 uit de lucht te halen.

De sector moet voorlopig dus gebruik gaan maken van carbon capture and storage (CCS) of carbon capture and usage: de CO2 van het productieproces afvangen en die vervolgens opslaan of gebruiken. Cementfabrikant Heidelberg test momenteel CCS-technologie uit op de Leilac-site in het Luikse plaatsje Lixhe. Het afvangen van CO2 is erg duur en energie-intensief. Volgens het Zwitsers Federaal Instituut voor Technologie is er twee tot drie keer zoveel elektriciteit voor nodig.

Het meest ambitieuze en grootste CCS-proefproject in de cementsector is dat van Dalmia cement in de Indiase deelstaat Tamil Nadu. Dalmia is ook de eerste cementfabrikant die zich engageert om een nuluitstoot te realiseren in 2040. Momenteel onderzoekt Dalmia hoe de afgevangen CO2 gebruikt kan worden, in de hoop die te kunnen doorverkopen aan andere industrieën. CO2 kan bijvoorbeeld gebruikt worden in brandstof, dranken en voeding of chemicaliën. Alle afgevangen CO2 hergebruiken, lijkt echter onrealistisch. De uitstoot ligt namelijk veel te hoog.

CO2 die niet gebruikt kan worden, zou dus opgeslagen moeten worden. Maar ook dat is niet evident: ‘Voor zover ik weet, stoten de bestaande testprojecten de CO2 gewoon weer uit’, zegt Wilf Lytton. Hij deed voor de ngo Sandbag onderzoek naar cementuitstoot in de EU. ‘Om CO2 op te slaan, heb je een volledig nieuwe pijplijninfrastructuur nodig, vergelijkbaar met een nieuw elektriciteits- of gasnetwerk.

Dat is een gigantische onderneming. En eens je die infrastructuur hebt, moet je de leidingen verbinden met een diep reservoir, waarschijnlijk onder de zee. Ook dat kan nog decennialang duren’, zegt Lytton.

De oplossingen die er nu zijn, en die op korte termijn kunnen worden toegepast, zijn dus belangrijk. ‘Al zijn sommige oplossingen maar in vijf procent van de gevallen toepasbaar, dan nog moet men ze gaan implementeren’, zegt professor Nele De Belie, hoofd van de onderzoeksgroep duurzaamheid van cementgebonden materialen aan de UGent. ‘Al die bestaande paden moeten samen toegepast worden. We kunnen niet alles laten afhangen van technologieën voor koolstofopvang.’

Lees ook

Slimme boeren planten bomen

Nood aan doordacht beleid

Om ervoor te zorgen dat oplossingen toegepast worden, is er ook vanuit overheden dringend actie nodig. De Europese regelgeving is niet afgestemd op het vervangen van het standaard portlandcement door alternatieven. Om het maximum te halen uit dit soort oplossingen, zouden de Europese standaarden aangepast moeten worden.

Alternatieven met een andere chemische samenstelling worden gecategoriseerd als minderwaardig, terwijl ze even goed of soms zelfs beter presteren’, zegt Lytton.

‘Naarmate de norm strenger wordt, stijgt de vraag naar circulaire bouwmaterialen.’

Daarnaast is er ook nood aan financiële stimulansen vanuit het beleid, vindt hij. ‘Overheden moeten een prijsbeleid uitzetten dat zorgt voor een aantrekkelijk klimaat voor innovatie. Vervuilend cement moet duurder gemaakt worden dan CO2-arme alternatieven. Het is belangrijk dat ook consumenten het in hun portefeuille voelen als ze keuzes maken die niet klimaatbewust zijn. Dat kan met een koolstoftaks. Met consumenten bedoel ik trouwens niet enkel burgers, maar ook bedrijven en overheden die op grote schaal infrastructuur laten bouwen.’

Volgens professor Nele De Belie kan de overheid inderdaad het goede voorbeeld geven wat innovatie betreft: ‘Ze kan zelf innovatief aanbesteden bij bouwprojecten. Die projecten kunnen dan als testcase dienen voor nieuwe materialen. Anders blijft men altijd hangen in het idee dat het niet getest is en dus mogelijk niet betrouwbaar.’

Bij New Horizon Urban Mining voelen ze alvast wel een positieve impact van het overheidsbeleid: ‘In Nederland wordt er nu ook gekeken naar de milieukosten van een bouwproject. Als die te hoog liggen, krijg je geen vergunning’, zegt Erik Koremans. Naarmate de norm strenger wordt, zie je de vraag naar onze circulaire bouwmaterialen stijgen.’

Dit artikel werd geschreven voor het lentenummer van MO*magazine. Voor slechts 32 euro kan je hier een jaarabonnement nemen! Je kan ook proMO* worden voor slechts 4 euro per maand. Je krijgt dan ook ons magazine toegestuurd en je steunt daarmee ons journalistiek project. Opgelet: Knack-abonnees ontvangen MO* automatisch bij hun pakket.