Eine Studie (DOI:10.48130/bchax-0025-0004 ), die am 20. Oktober 2025 in Biochar X veröffentlicht wurde und vom Team um Binglin Guo von der Technischen Universität Hefei durchgeführt wurde, bietet einen vielversprechenden Weg hin zu kohlenstoffarmen Baustoffen, indem kohlenstoffbindende Additive direkt in Zement, eines der emissionsintensivsten Industrieprodukte der Welt, integriert werden.
In dieser Studie kombinierten die Forscher Stickstoffadsorptionsanalyse (BET), FTIR-Spektroskopie, XRD, Raman-Spektroskopie, CO?-Adsorptionstests mit kinetischer Modellierung, isothermer Kalorimetrie, Festigkeitsprüfung, SEM-Bildgebung, TG-DTG-Thermoanalyse und Lebenszyklus-Emissionsbilanzierung, um systematisch zu bewerten, wie Alkalimodifizierung, Pyrolysetemperatur und heterogene Komponenten von Biokohle dessen CO?-Adsorptionsverhalten und die Leistung von Biokohle-Zement-Kompositen beeinflussen. BET-Messungen zeigten, dass die Alkalibehandlung die spezifische Oberfläche verringerte, aber die mikroporöse Struktur durch Korrosion von Meso- und Makroporen verfeinerte und so günstigere Stellen für die CO?-Aufnahme schuf.
FTIR-Spektren zeigten, dass die Alkalimodifizierung lösliche organische Verbindungen wie Phenole entfernte und nicht-konjugierte C=O-, phenolische und aromatische Banden bei niedrigen Pyrolysetemperaturen verringerte, während sie –OH- und Ester-bezogene Schwingungen verstärkte, wobei die Effekte bei höheren Temperaturen schwächer ausfielen. XRD-Analysen bestätigten Oberflächenerosion und ausgeprägtere SiO?-Peaks bei höheren Pyrolysetemperaturen. SP wurde aufgrund seiner veränderten Struktur weniger stark von Alkali beeinflusst. Raman-Spektroskopie zeigte eine zunehmende strukturelle Unordnung (höheres ID/IG-Verhältnis) mit steigender Pyrolysetemperatur sowie subtile Unterschiede zwischen SP und unbehandeltem Biokohlenstoff. Diese Unterschiede beeinflussten zusammen mit Mikroporosität und Alkalinität die CO?-Aufnahme. CO?-Adsorptionsexperimente ergaben, dass SP mehr CO? adsorbierte als der ursprüngliche Biokohlenstoff. Alkalimodifizierte Proben – insbesondere MBC500 – zeigten die besten Ergebnisse. Die kinetische Anpassung favorisierte das Avrami-Modell und deutete auf eine schnelle, überwiegend physikalische, aber teilweise chemische Adsorption hin. Kalorimetrie, XRD/FTIR/SEM und Festigkeitsprüfungen belegten, dass niedrige bis mittlere Biokohle-Dosierungen die Hydratation, Carbonatisierung und mikrostrukturelle Verdichtung förderten und somit die Druckfestigkeit erhöhten. Zu hohe Dosierungen hingegen erhöhten die Porosität und reduzierten die Leistungsfähigkeit. TG–DTG-Analysen und Emissionsbilanzen zeigten darüber hinaus, dass an Biokohle adsorbiertes CO? die Kalzitbildung beschleunigt und dass die Verwendung von SP in Zement eine Netto-Kohlenstoffreduktion bewirkt und gleichzeitig Emissionen aus der Biomasseentsorgung und der Nutzung fossiler Brennstoffe vermeidet.
Diese Forschung liefert einen praktischen Ansatz zur direkten Integration von CO?-bindenden Materialien in Zementrezepturen. Die erhöhte CO?-Adsorptionskapazität des modifizierten SP kann sowohl die Umweltbilanz als auch die mechanischen Eigenschaften von Beton verbessern und so umfassendere Dekarbonisierungsstrategien im Baugewerbe unterstützen. Durch die Verwendung von landwirtschaftlichen Reststoffen wie Maisstroh fördert das Verfahren die Kreislaufwirtschaft und reduziert die Notwendigkeit, Biomasseabfälle auf Deponien zu entsorgen. Die Ergebnisse unterstreichen zudem die Bedeutung der gezielten Anpassung der Biochar-Mikrostruktur und der Modifizierungsmethoden für eine optimale Leistung und bieten damit einen skalierbaren Weg zu umweltfreundlicheren Baustoffen.
Referenzen
DOI
10.48130/bchax-0025-0004
URL der Originalquelle
https://doi.org/10.48130/bchax-0025-0004
