Beurteilung von 3D-gedruckten Geopolymeren in Beton

Forscher aus den Niederlanden untersuchen das weitere Potenzial des 3D-Drucks mit Beton und erläutern ihre Ergebnisse in der kürzlich veröffentlichten „Life cycle assessment of 3D printing geo‐polymer concrete: An ex‐ante study“. Da sowohl 3D-Druck als auch Geopolymer attraktiv werden Bereiche wie Portland sind bemüht, gewöhnlichen Zement für Umweltzwecke zu ersetzen, indem sie den Materialeinsatz und die Menge des anfallenden Abfalls verringern.

In einer früheren Studie, auf die sich die Forscher stützten, wurden vier Arten von Formkernen verwendet, die eine Mischung aus Proben enthielten, die mit 3D-Druck und traditionelleren Techniken hergestellt wurden. Die mittels 3D-Druck hergestellten Formen zeigten eine bessere Umweltverträglichkeit. Bei dieser Untersuchung konzentrierte sich das Team darauf, die Analyse von Umweltsystemen im Vergleich zu früheren Arbeiten weiter zu untersuchen, insbesondere aber neue Szenarien zu entwickeln, die ebenfalls mit dem Ex-ante-Rahmen zusammenhängen.

3D-Druck und Geopolymere sind zwei umweltorientierte Innovationen in der Betonherstellung. Der 3D-Druck von Betonbauteilen zielt darauf ab, den Rohstoffverbrauch und die Abfallerzeugung zu reduzieren. Geopolymer wird entwickelt, um gewöhnlichen Portlandzement zu ersetzen und den Kohlenstoff-Fußabdruck des Bindemittels im Beton zu verringern. Die Umweltleistung der kombinierten Nutzung der beiden Innovationen wird durch eine Ex-ante-Ökobilanz (LCA) bewertet. Zunächst wurde eine attributionelle Ökobilanz durchgeführt, bei der anhand der vom Hersteller gesammelten Daten die Hotspots für Umweltverbesserungen ermittelt wurden. Anschließend wurden in Zusammenarbeit mit den Stakeholdern des Unternehmens skalierte Szenarien erstellt. Diese Szenarien wurden mit dem vorhandenen Produktionssystem verglichen, um die potenziellen Vor- und Nachteile des innovativen Systems zu verstehen und die potenziellen Verbesserungsmöglichkeiten zu ermitteln.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der 3D-Druck potenziell zu einer Verringerung der Abfallmenge führen kann. Je nach Rezeptur hat Geopolymer jedoch wahrscheinlich höhere Umweltauswirkungen als normaler Beton. Die Ex-ante-Ökobilanz legt nahe, dass der 3D-Druck von Geopolymerbeton nach schrittweisen Verbesserungen bei der Herstellung und dem Transport von Rohstoffen den CO2-Fußabdruck von Betonbauteilen verringern kann, während er in Bezug auf die Wirkungskategorien immer noch schlechter abschneidet sowie Abbau abiotischer Ressourcen und stratosphärischer Ozonabbau.

Die Forscher haben festgestellt, dass die wirksamste Methode zur Verringerung der Umweltauswirkungen von 3D-Beton darin besteht, das Silikat im Rezept des Geopolymers zu reduzieren. Dieser Ansatz ist jedoch für die Unternehmen aufgrund des locked‐in Effekts der vorherigen Innovationsinvestition schwierig zu realisieren. Die Fallstudie zeigt, dass zur Unterstützung der technologischen Innovation die Ex-ante-Ökobilanz so früh wie möglich in die Innovation implementiert werden muss, um die technische Flexibilität zu erhalten und die identifizierten Hotspots zu verbessern.