CO2-armer beton; wensen en grenzen

IntroductieWim Kramer, Betonhuis16 januari 2019

Cement- en betongebruik

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Wereld

• Cement: 4,65 miljard ton / 2016

• Beton: ca 13 miljard m3 → 9 a 10% CO2 uitstoot wereldwijd• Betonweg rondom de aarde van 0,35 m dik en 1 km breed!

Europa

• Cement: gemiddeld 200 miljoen ton / jaar

• Beton: 600 miljoen m3 → ca 4 a 6% CO2 uitstoot

Cement- en betongebruik

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Cement- en betongebruik

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Cement- en betongebruik in NL

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Nederland

• Cement: gemiddeld 5 miljoen ton / jaar

• Jaarlijks: 15 miljoen m3 beton → 1,5% CO2 uitstoot

Nederland is al decennialang wereldwijd koploper in gebruik van

CO2 arme cementen!

• Hoge aandeel van hoogovencementen

• Gebruik van vliegassen en alternatieve brand- /grondstoffen

• Transport over water

Emissie CO2 in Nederland

CO2-armer beton; wensen en grenzen

waarvan 1,5% door beton

(excl. Luchtvaart en Internationale scheepvaart)

Betonakkoord

CO2-armer beton; wensen en grenzen

De belangrijkste afspraken in het Betonakkoord zijn:

• samenwerking en transparantie in de keten

• het laten groeien van de vraag naar 'groen beton' door

duurzaamheidscriteria (MKI) op te nemen in aanbestedingen

• In 2030:

• 100% hoogwaardig hergebruik van betonafval

• vermindering van minstens 30% CO2‐uitstoot ten opzichte van 1990

Betonakkoord

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Verdere verlaging van CO2 van beton!

• o.a. toepassen van maximale Milieu Kosten Indicatoren, die elk

jaar in overleg worden verlaagd

• Belangrijke randvoorwaarde RWS

‘Uiteraard met het oog op de levensduur, want verduurzaming

mag niet de levensduur verkorten’! (bron: Nieuwsbrief Rijkswaterstaat Zakelijk)

• 10% milieuwinst = 50% kortere levensduur (bron: Betonhuis)

CO2 profiel van betonmortel

CO2-armer beton; wensen en grenzen

(bron: Duurzaamheidsverslag Betonmortelindustrie)

Wat doet de cementindustrie aan CO2-reductie?

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Klinkervervanging om CO2 te verlagen

• Energy efficiency

• Alternatieve brand- / grondstoffen

• CO2 in typen cement:• 900 kg/ ton - 300 kg/ton

• Cementen met lager CO2 ontwikkelen

• Carbon Capture and Storage (CCS)

Naar lagere CO2 cementen

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Nederland versus andere EU landen

NL: Focus op CEM III

Others: focus op CEM II/ A, B, C #EU cementnorm

Wat doet de beton(mortel)industrie aan CO2-reductie?

CO2-armer beton; wensen en grenzen

• Energie efficiency

(bron: Duurzaamheidsverslag Betonmortelindustrie)

Weet wat je wenst en ken de grens

CO2-armer beton; wensen en grenzen

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Dank voor de aandacht

Ing. Peter de Vries, FICT2019 01 16

CO2-reductie in betonmengels: waar staan we

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s)

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

Feit: De Betonverharding heeft een lange levensduur

Feit: Over de functionaliteit van een betonweg is geen discussie!

De technische duurzaamheid is onbetwistbaar een feit

Feit: menselijk ingrijpen verandert wereld

◼ Wereldpopulatie 2030

− 7 → 9 miljard

− Populatie in steden 50% tot 70%

◼ Consequenties

− Opwarming van de aarde

− Vernietiging van ecosystemen

− Schaarste aan natuurlijke hulpbronnen

-fossiele brandstoffen (energie) – grondstoffen

-we verbruiken 0.01% zonne-energie

◼ “Cradle to cradle” versus storten

− Beperkte ruimte..

− Gezondheid, veiligheid, ethiek..

Feit: CO2 is een speerpunt als het gaat om opwarming van de aarde

Source:ETHZ

Feit: Wereldwijd staan we voor een enorme bouwopgaaf:

1.5 miljard Chinezen willen ook huisvesting!!!

Cement production Worldwide

The Netherlands in perspective

Cementmarket Mton %

Global 5.000 100,0

Europe 250 5,0

The Netherlands 5 0,1

Productie van Portlandcement & vrijkomen van CO2

Decomposition of limestoneFuel combustionTransport fuel and raw materialsElectricity useOther

Carbon Footprint Portlandcementclinker 850-1200 kg/ton

Samenstelling van beton

1, 2, 3 Beton

1 volume cement

2 volumedelen fijn aggregaat

3 volumedelen grof aggregaat

Water toevoegen om het geheel opsmaak te brengen(snufje peper en zout zijn optioneel)

Carbon footprint van beton (bron – VOBN)

Cement

Aggregates & water

Transport materials to plant

Production plant

Transport of concrete to site

Carbon footprint concrete:

140 - 170 kg/m³ (based on Slag cement)

340 - 370 kg/m³ (based on Portland cement)

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s)

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

De focus ligt op de cementindustrie

Op zoek naar cement/bindmiddel met een lage CO2-footprint

"Sustainable development is development that meets the needs of the present without

compromising the ability of future generations to meet their own needs.

Waar moet een Sustainable cement aan voldoen om te kunnen

leveren in de markt.?

1 2 3

Beton(technologie): Levensduur en Duurzaamheid

1- Sterkte Veiligheid Constructeur Druksterkteklassen EN-206 & NEN 8005

2- Levensduur VeiligheidEconomisch

Opdrachtgever MilieuklassenOntwerp 50-100 Jaar

EC2 & EN-206 & NEN 8005

3- Verwerkbaarheid MaakbaarheidAannemer Producent

Consistentieklasse EN-206 & NEN 8005

Aspect Waarom Wie Hoe / afspraken Normering

Verwerkbaarheid is essentieel voor een duurzame constructie

Beton(technologie): Levensduur en Duurzaamheid

1- Sterkte Veiligheid Constructeur Druksterkteklassen EN-206 & NEN 8005

2- Levensduur VeiligheidEconomisch

Opdrachtgever MilieuklassenOntwerp 50-100 Jaar

EC2 & EN-206 & NEN 8005

3- Verwerkbaarheid Maakbaarheid Bouwer Consistentieklasse EN-206 & NEN 8005

4- DuurzaamheidMens en milieu

? ?

Aspect Waarom Wie Hoe / afspraken Normering

A. Secundair materiaalB. MKI – CO2 – MRPIC. Circulaire Economie

Mens en milieu

Zoektocht naar de Sustainable cementen van de toekomst.

Groene cementenBeliet

cementenGeopolymeren

cementenRecycling cementen

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s)

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

Conform NEN-EN 197-1, Cement

◼ hoogovenslak

◼ poederkoolvliegas

◼ kalksteenmeel

◼ Silica Fume

◼ Natuurlijke puzzolanen

◼ Recycled Concrete Fines

Klinker vervanging door Secondary Cementitious Materials (SCM`s)

Portland klinker

Slak

poederkoolvliegas

kalksteenmeel

Klinker vervanging door Secondary Cementitious Materials (SCM`s)

Vervanging van portlandcementklinker door SCM’s

CO2 [kg/t]

900

630

0 10070

CE

M I 5

2,5

N &

R

CE

M II/B

-V 4

2,5

N

30

270 CE

MIII/B

30%70%

CE

M III/A

450

50%

50

C123

85%

0Gehalte aan portlandklinker %

CO2 [kg/t]

900

100

Lagere bestandheid tegen vorst- en dooizouten

30

270

Lagere warmteontwikkeling

Less CO2

Minder geschikt voor gewapend beton

Tragere sterkteontwikkeling

Vervanging van portlandcementklinker door SCM’s

Invloed van cementsoort op vorst-dooizoutbestandheid (HTC, Peter Boos 2008)

Cementsoort % klinker € MKI (MRPI) XF4

CEM I 100 54,3 OK

CEM II/B-V 70 39,6 OK

CEM V 55 35,5 OK

CEM III/A (viacem) 55 27,8 OK

CEM III/B 26 19,2 X

Klinker vervanging door Secondary Cementitious Materials (SCM`s)

CO2

Prestatie

Zoek de balans tussen CO2 –reductie en de eisen aan het beton

Blijf altijd nadenken !

Wat hebben we al gedaan:

• “Well Tried” cementen conform NEN-EN 197

• Daling van het portlandklinker gehalte

• Betonmortel – 70 % tot 80 % CO2 besparing

• Prefabbeton – 20 % tot 50 % CO2 besparing

• Bepaling van alle Milieucijfers (MRPI)

• Zorgen voor uniformering in rekenen met MRPI

Nu Verder:

• MRPI van ENCI Cementen gaan publiek.

Nationale Milieu Database (NMD)

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Voordeel:

• “Well Tried” cementen conform NEN-EN 197

• Veel ervaring

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Nadeel:

• Lange termijn (+30 jaar) minder slak en vliegas beschikbaar. Dan minder groen.

• `Oude` technologie

SCM’s in Nederland, wat heeft het ons opgeleverd?

Klinkerfactor ~ 50 %

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Wat is het:

• Portlandklinker maken bij lagere temperaturen.

• Minder brandstoffen

• CO2 van portandcement van 900 naar 600 kg CO2 per ton cement

Waarom ?

• Kan milieuvriendelijke basis zijn van alle huidige cementen.BCT

TernesietBeliet Clinker

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 100 200 300 400

Tijd in dagen

N/m

m2

C3S

C2S

C3A C4AF

OPC [%] BCT [%]

C3S (Alite) 55 – 75

C2S (Belite) 10 – 20 20 – 70

C3A (Aluminate) 5 – 10

C4AF (Ferrite) 5 – 10 0 – 15

C4A3$ (Ye‘elimite) 20 – 60

C5S2$ (Ternesite) 5 – 15

Comparison clinkercompsition – OPC vs. BCT

Ternocem® , BCT Clinker alternative

Comparison clinkercompsition – OPC vs. BCT

Compressive strength

Ternocem® , BCT Clinker alternative

Ternocem® , BCT Klinker: proefprojecten in Nederland

Ternocem® , BCT Klinker: proefprojecten in Nederland

Aanleg betonverharding met TernoCem bij CBR-Lixhe

Comparison clinkercompsition – OPC vs. BCT

Enviromental effects

Ternocem® , BCT Clinker alternative

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Voordeel:

• Grondstof (kalksteen) is onuitputtelijk.

• Minder brandstoffen nodig

Nadeel:

• weinig ervaring.

• Ontwikkeling vraagt tijd

Is er een alternatief zonder klinker?

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Wat is het:

• Beton zonder portlandklinker.

Waarom:

• Tot 85 % minder CO2 uitstoot.

• Wordt in de markt gezien als “de” oplossing

Alkali activated binder system

2014 Proefproductie geopolymeerbeton (project OV-SAAL)

14.04.2016Ing. Peter de Vries, FICT

2014 L-Elementen in positie naast A10-zuid

14.04.2016Ing. Peter de Vries, FICT

2016 Oppervlakteschade na 18 maanden expositie

HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann14.04.2016Ing. Peter de Vries, FICT

Huissen , Fieldtrial VBI – February 6th, 2016

Huissen , Fieldtrial VBI – February 8th, 2016

Sensata Technology, Hengelo, March 23 2016

24 mei 2017 – Leimen, productie van geopolymeer betonstraatstenen

HC 14/04 - SC meeting - Martina Dietermann

Verwerking van geopolymeer beton is een echte uitdaging

Fietspad in Zeewolde – Oktober 2016

Fietspad in Zeewolde – Oktober 2016

Vd Bosch Betonbestratings producten

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Voordeel:

• Groen

• Mogelijke zuurbestandheid.

Nadeel:

• beperkte ervaring

• Arbo omstandigheden

• Regelgeving

• Grondstof tekort op lange termijn ( + 30 jaar)

ASCEM-cement

Kenmerken:

• Gebruik van secundaire grondstoffen;

• Door smeltproces constante kwaliteit;

• Lage CO2 uitstoot

ASCEM

SPECIAL TECHNOLOGIES

ASCEM

SPECIAL TECHNOLOGIES

Dr.-Ing. A. Buchwald. Cement International 5/2012

ASCEM-cement

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Wat is het:

• Cementen vanuit `urban mining`

Waarom:

• Het sluiten van materiaal kringlopen

• Besparing op grondstoffen

• Niet primair CO2 besparing

Veel lopende initiatieven voor de inzet van Recycled Concrete Fines

Groene cementen Beliet cementen Geopolymeren Recycling cementen

Voordeel:

• Groen / Kringlopen sluiten

Nadeel:

• Zeer beperkte ervaring

• Is er wel CO2-winst ?

• Regelgeving

• Zijn er voldoende grondstoffen van constante samenstelling ?

1. De feiten

2. Cement- / klinkerproductie onder een vergrootglas

3. Klinker vervanging door Secondary Cementious Materials (SCM’s

4. Alternatieve klinkerproductie

5. Alternatieve bindmiddelen/geopolymeren

6. Urban mining

7. Waar staan we anno 2019?

Onderwerpen

Waar moet een Sustainable cement aan voldoen om te kunnen

leveren in de markt.?

1 2 3

Groene cementen Beliet cementen GeopolymerenRecycling cementen

Korte termijn

Lange termijn

CO2 besparing

Circulariteit

Vervaardiging Cement

Verwerking in Beton

Wat weten we medio 2016

Groene cementen Ternocem® GeopolymerenRecycling cementen

Korte termijn

Lange termijn

CO2 besparing

Circulariteit

Vervaardiging Cement

Verwerking in Beton

Wat weten we al anno 2019

Groene cementen Beliet cementen GeopolymerenRecycling cementen

Fundamentele studie

Laboratorium onderzoek

Proef projecten

Langeduur onderzoek

Maakbaar voor ENCI

Leverbaar

Arbo onderzoek

Status in 2016

Groene cementen Ternocem® GeopolymerenRecycling cementen

Fundamentele studie

Laboratorium onderzoek

Proef projecten

Langeduur onderzoek

Maakbaar voor ENCI

Leverbaar

Arbo onderzoek

Status anno 2019

Conclusie

HUIDIGE GROENE CEMENTEN ZIJN TEN MINSTE DE EERSTE 10 JAAR HET BESTE COMPROMIS TUSSEN KWALITEIT, ECO & ARBO

CO2-armer beton; wensen en grenzen

Dank voor de aandacht