CD-Labor für reststoffbasierte Geopolymer Baustoffe in der CO2-neutralen Kreislaufwirtschaft

Die weltweiten jährlichen Kosten durch Korrosion werden auf 2,5 Billionen USD geschätzt, was etwa 3,4 Prozent des globalen Bruttoinlandsprodukts (BIP) entspricht. 15 - 35 Prozent dieser Kosten könnten durch den Einsatz von beständigeren Materialien sowie effektivere Zustandserhebungen eingespart werden. Das entspricht einem weltweiten Wirtschaftsvolumen von jährlich 375 - 875 Mrd. USD. Neben wirtschaftlichen Überlegungen beeinflusst Korrosion die Zuverlässigkeit von Bauwerken, verstärkt die Umweltbelastung, erhöht den Ressourcenverbrauch und gefährdet das Einhalten der globalen Klimaziele. Aktuelle Daten zeigen, dass ca. 11% aller weltweit erzeugten Treibhausgasemissionen auf die Herstellung von Baumaterialien zurückzuführen sind. Analog dazu stellen mineralische Abfälle den größten Abfallstrom in Österreich dar mit einem Gesamtaufkommen von 54 Mio. t/a, was 76% des gesamten Abfallvolumens entspricht. Fast 60% der mineralischen Abfälle werden derzeit deponiert. Dies führt zu einem enormen Verlust an wertvollen Ressourcen, einschließlich des für die Entsorgung benötigten Flächenverbrauchs. Das Ziel der vorliegenden Forschungsinitiative ist die Errichtung eines interdisziplinärer Kompetenzzentrums zur Entwicklung einer neuartigen Generation von reststoffbasierten, geopolymer-basierten Baustoffen mit hoher (bio-)chemischer Resistenz an der Schnittstelle zwischen Abfall-, Material-, Umwelt-, Geo- und Bauingenieurwissenschaften. In Anlehnung an die von der Europäischen Kommission vorgelegte Gesamtstrategie für eine klimaneutrale Wirtschaft bis 2050 konzentriert sich die vorgeschlagene Materialentwicklung auf anorganische industrielle Abfall- und Sekundärstoffe, wie Schlacken, Aschen, Mineralwolle und tonreiche Abbruchmaterialien. Diese sollen als Bindemittel, Aktivator Lösungen und Aggregate weiterverarbeitet und mit Kohlenstoff-reichen Abfallstoffen, wie (Alt)Ölen, Biomasse Reststoffe und organischen Fasern kombiniert. Dieser Forschungsansatz minimiert produktionsbedingte Umweltbelastungen und stellt somit einen wichtigen Entwicklungsschritt in Richtung CO2 neutraler Baustoffentwicklung dar. Die weiterführende Prüfung der neu entwickelten Materialien mittels beschleunigter, normengerechter Testverfahren, Feldstudien und Pilotprojekten stellt einen weiteren Kernbereich der Forschungsinitiative dar. Hierfür werden state-of-the-art mineralogische, mikro-/nanostrukturelle und (hydro)chemische Analysen [XRD- und Elektronenmikroskopie (FEG-EPMA, SEM, TEM), MAS-NMR, Röntgenmikrotomografie u.a.] mit innovativen Überwachungsinstrumenten (optische Sensorsysteme, Isotopen-/Element-Tracer u.a.) verknüpft und durch experimentelle Ansätze, (mikro-)biologische Analysen, Modellierungen sowie Berechnungen zur Lebenszyklusbewertung ergänzt. Die Entwicklung der Materialien fokussieren sich auf das erweiterte Verständnis der reaktionsspezifischen Mechanismen und Prozessverläufe an den Phasengrenzflächen (flüssig - fest - gasförmig), die proxy-basierte forensische Rekonstruktion physikalischer und chemischer Materialeigenschaften und auf die individuellen Materialanpassungen an variable und möglicherweise (un)günstige Umwelt- und Betriebsbedingungen. Das daraus resultierende Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Material und Umwelt (abiotisch und biotisch), kombiniert mit neu entwickelten und innovativen Monitoring Werkzeugen, ermöglicht die zielgerichtete und maßgeschneiderte Optimierung und Entwicklung langlebiger, ökologischer, mineralbasierter Baustoffe für unterschiedlichste Anwendungsgebiete.