Page
Themen
Terms of Reference: Zement und Beton
Beton und sein Bindemittel Zement sind die am häufigsten verwendeten Baustoffe in Deutschland und weltweit. Im Jahr 2022 wurden in der EU über 163 Millionen Tonnen Zement verwendet – auch bei ambitionierter Veränderung von Produktionsprozessen, Materialsubstitution und gesteigerter Suffizienz wird der Gesamtbedarf voraussichtlich weiter steigen.. Gleichzeitig werden für jede Tonne eingesetzten Zements rund 0,9 Tonnen CO₂ freigesetzt. Der Großteil der Emissionen im Zusammenhang mit der Nutzung von Zement und Beton stammt aus der Zementproduktion, den sogenannten Prozessemissionen.
Im Folgenden erfahren Sie, was Zement und Beton sind, wie Prozessemissionen entstehen und welche Maßnahmen möglich sind, um diese Emissionen zu verringern.
Inhalte
→ Herstellung Schritt für Schritt
→ Fazit
Warum Beton relevant ist
Der wesentliche Grundstoff des Baugewerbes Beton ist ein Verbundwerkstoff, der aus Gesteinskörnungen besteht, die mit einem Bindemittel, meist Zement mit Wasser, gebunden sind. Der Anteil der einzelnen Bestandteile ist nicht fix, sondern kann je nach Verfügbarkeit und Anwendungsbiet variieren. Bei Ortbeton können die Gesteinskörnungen beispielsweise 60-75 % des Betons ausmachen, der Zement 7-15 %, das Wasser 14-21 % und die Luft bis zu 8 %.

Warum Zement relevant ist
Zement ist ein wichtiges Bindemittel für Beton, das nur einen relativ kleinen Teil der Gesamtmischung ausmacht, aber für den größten Teil der Emissionen verantwortlich ist. Bei der Herstellung werden ungefähr 0,9 Tonnen CO2 pro produzierter Tonne Zement emittiert.
Die Emissionen beim Zement stammen aus zwei Hauptquellen: Prozessemissionen und Emissionen aus der Verbrennung. Prozessbedingte Emissionen entstehen bei der Kalzinierung von Kalkstein (der sich durch Erhitzung in Kalk und CO2 zersetzt), also als Folge des chemischen Prozesses.
Die Emissionen aus der Brennstoffverbrennung sind die chemischen Reaktionen, die bei der Verbrennung des Brennstoffs zum Aufheizen des Ofens entstehen. Heutzutage wird Zement üblicherweise mit einem oder mehreren zementgebundenen Zusatzstoffen (Supplementary Cementitious Materials – SCM) wie Flugasche, Silikastaub, Hüttensand oder Kalksteinmehl kombiniert.


OPC Portland Zement
Portlandzement ist der am häufigsten verwendete und weltweit verbreitete Zement, der für die Herstellung von Beton genutzt wird. Die unterschiedlichen Zementarten werden vor allem durch ihre Zusammensetzung und den Anteil an Klinker bestimmt. Obwohl Portlandzement (OPC) nur 11 % des Betons ausmacht, sind 90 % der Betonemissionen direkt mit der Herstellung von Klinker, dem Hauptbestandteil von Zement, verbunden. Zement ist aktuell der wichtigste Inhaltsstoff von Beton.
Übersicht über den Standardproduktionsprozess
Die am häufigsten verwendete Zementsorte ist Portlandzement (abgekürzt OPC – ordinary portland cement). Portlandzement hat seinen Namen von der Isle of Portland in Dorset, England, wo er erstmals entwickelt und hergestellt wurde. Seine weite Verbreitung ist auf seine Festigkeit, seine Vielseitigkeit und seine Fähigkeit, verschiedenen Umweltbedingungen standzuhalten, zurückzuführen.
Zement wird in einem energieintensiven Verfahren aus Kalkstein und Ton hergestellt. Zwei Verfahren sind üblich: das Trocken- und das Nassverfahren.
Trockenes Verfahren

Nasses Verfahren

Auch wenn die Verfahren auf den ersten Blick identisch erscheinen, sind die Parameter, mit Ausnahme der Wasserzugabe im ersten Verfahren, doch etwas unterschiedlich und werden in Tabelle 1 zusammengefasst.
Kriterien | Trockenes Verfahren | Nasses Verfahren |
---|---|---|
Härte des Rohmaterials | Ziemlich hart | Jede Art von Rohmaterial |
Kraftstoffverbrauch | Niedrig | Hoch |
Prozesszeit | Kürzer | Länger |
Qualität | Geringere Qualität | Hervorragende Qualität |
Kosten der Produktion | Hoch | Niedrig |
Gesamtkosten | Teuer | Preiswerter |
Physischer Zustand | Rohmischung (fest) | Schlamm (flüssig) |
Herstellung von Zement, Schritt für Schritt
-
Reaktion:
CaCO₃ → CaO + CO₂
-
Ausgangsstoffe: Mischung aus Kalkstein (CaCO₃) und Ton (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃)
-
Temperaturbereich: 900 – 1200 °C
Emissionen:
-
Brennstoffbedingte Emissionen (~35 %):
-
Durch die nötige hohe Hitzezufuhr beim Brennvorgang
-
-
Prozessbedingte Emissionen (~65 %):
-
Beim Zerfall von Kalkstein zu Kalk (CaO) entsteht CO₂
-
-
-
Wichtige Reaktionen:
- 2 CaO + SiO₂ → Ca₂SiO₄
- 3 CaO + SiO₂ → Ca₃SiO₅
- 3 CaO + Al₂O₃ → Ca₃Al₂O₆
- 4 CaO + Al₂O₃ + Fe₂O₃ → Ca₄Al₂Fe₂O₁₀
Beschreibung:
- Der gebildete Kalk (CaO) reagiert mit Silikaten und Aluminaten aus dem Ton.
- Es entstehen Calcium-Aluminate und Calcium-Silikate.
- Diese verschmelzen und bilden den Klinker.
-
- Kühlung: Der heiße Klinker wird schnell abgekühlt, um seine chemische Struktur zu erhalten.
- Mahlung: Anschließend wird der Klinker zu feinem Pulver vermahlen.
- Zugabe von Gips: Etwa 5 % Gips wird beigemisscht, um die Erstarrungszeit zu regulieren.
- Ergebnis: Es entsteht Zement, der mit Wasser zu einer formbaren Masse reagiert.
Es entsteht Zement, der mit Wasser zu einer formbaren Masse reagiert.

CCC Label
Carbon Cement Class (CCC) ist ein freiwilliges CO₂‑Label des Verein Deutscher Zementwerke (VDZ), das Zementprodukte anhand ihres Treibhausgasausstoßes pro Tonne in Klassen einteilt und somit Auskunft über deren Emissionsintensität gibt. Grundlage sind CO₂‑Äquivalente, kategorisiert nach dem Konzept „Lead markets for climate‑friendly raw materials“ des BMWK und einer IEA‑Referenzklassifikation.
- Near Zero: < 100 kg CO₂e/t
- Klasse A–D: 100–500 kg CO₂e/t (A = besonders niedrig, D = am oberen Ende)
Das Label soll Transparenz schaffen, nutzbar sein in Ausschreibungen und grüne Baustoffmärkte fördern, insbesondere im öffentlichen Sektor.

Dekarbonisierungspfade für die Zementindustrie
Dekarbonisierungs- maßnahmen | Reifegrad der Technologie | Einbeziehung von Interessengruppen | Aktueller Stand | Die größten Hindernisse |
---|---|---|---|---|
⧉ Technologische Optionen für Zementanlagen | Konventionell | Produktionsseite | Kommerzielle Nutzung möglich | Hohe Investitionen |
⧉ Verringerung des Klinker-Zement-Verhältnisses | Konventionell | Produktionsseite | Kommerzielle Nutzung möglich | Geringe Reaktivität; Ressourcenknappheit |
⧉ Zementchemie mit geringerem Kohlenstoffgehalt | Aufkommend | Produktionsseite | Pilotprojekte | Geringe Marktdurchdringung |
⧉ CCS | Aufkommend | Produktionsseite | Pilotprojekte | Sehr hohe Investitionen |
⧉ CCU | Aufkommend | Produktionsseite | Kommerzielle Nutzung möglich | Geringe Marktdurchdringung |
⧉ Strategien zur Materialeffizienz | Konventionell/ Aufkommend | Nachfrageseite | Kommerzielle Nutzung möglich | Risikobedenken; Mangelndes Bewusststein; höherer Preis |
⧉ Recycling/Re-Use am Ende des Lebenszyklus | Aufkommend | Nachfrageseite | Pilotprojekte | Regulatorischer Rahmen/ höhere Preise |
Fazit
Wie sind die vorgestellten Dekarbonisierungspfade einzuordnen? Für die Analyse nutzen wir die drei Bellona-Kriterien:
- Wie hoch ist der Klimanutzen? Für eine Einordnung muss ermittelt werden, welche Treibhausgasreduktionen durch das Instrument möglich sind.
- Welche Trade Offs entstehen? Dazu gehören, wie hoch die Intensität der Ressourcennutzung ist und welche Auswirkungen auf den Dekarbonisierungspfad enstehen.
- In welchem Zeitrahmen kann die Lösung zur Realität werden? Hier gilt es das kurz-, mittel- und langfristigem Potenzial für den Einsatz im großen Maßstab zu prüfen.
Diese Analyse wird für jede dieser Technologien als eigenständige Lösung durchgeführt.
Dekarbonisierungspfad | Die Bellona-Kriterien | ||
Auswirkungen auf das Klima | Abwägungen | Zeitrahmen | |
Anlagentechnische Optionen (Erhöhung des Wirkungsgrads der Öfen, Brennstoffwechsel) | Anlagentechnische Optionen haben einen positiven, wenn auch recht begrenzten Einfluss auf die Emissionsreduzierung. | Anlagentechnische Optionen erfordern in der Regel hohe Investitionen, vor allem, wenn der Ofen ersetzt werden muss. Bei der Umstellung auf einen anderen Brennstoff müssen konkurrierende Verwendungszwecke sowie die Kosten und die Verfügbarkeit des Brennstoffs berücksichtigt werden. | Wenn es um den Austausch von Öfen geht, muss in der Regel das Ende der Lebensdauer der alten Öfen abgewartet werden, welches in Europa grundsätzlich bald erreicht ist, jedoch ist das nicht überall der Fall. Die Umstellung auf einen anderen Brennstoff könnte schnell erfolgen, doch hängt dies stark von der Art und Verfügbarkeit des jeweiligen Brennstoffs ab. Die Elektrifizierung von Öfen befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, was eine Ausweitung in naher Zukunft schwierig macht. |
Verringerung des Klinker-Zement-Verhältnisses | Je nachdem, wie stark die Verringerung ausfällt, variieren die Auswirkungen auf das Klima (Verringerungen haben aber generell eine positive Auswirkung auf das Klima, solange der Klinker nicht durch ein kohlenstoffintensiveres Produkt ersetzt wird). | Abhängig von den Eigenschaften des neuen Zementprodukts könnte eine längere Bauzeit entstehen. Ebenso ist es wichtig, die Verfügbarkeit und konkurrierende Verwendungen der genutzten SCM zu berücksichtigen. | Zwar gibt es einige genormte Lösungen, die bereit für den Markt sind, jedoch ist für die Einführung in großem Maßstab ein Leitmarkt erforderlich. Ein ineffizientes Standardisierungssystem (EN 197-Normenreihe), wie es derzeit in Europa besteht, könnte die Entwicklung ebenfalls verlangsamen. |
Zementchemie mit geringerem Kohlenstoffgehalt | In Tabelle 3 ist ersichtlich, dass einige der chemischen Verfahren sowohl bei den Prozess- als auch bei den thermischen Emissionen ein erhebliches Emissionsminderungspotenzial aufweisen. | Abhängig von den Eigenschaften des neuen Zementprodukts könnte eine längere Bauzeit entstehen. Auch konkurrierende Verwendungszwecke der Rohstoffe sind zu berücksichtigen, ebenso wie transportbedingte Emissionen im Falle der Nichtverfügbarkeit vor Ort. | Um den Markt zu durchdringen, müssen die Lösungen standardisiert werden. Für eine großtechnische Einführung ist ein führender Leitmarkt erforderlich.. Um die Entwicklung neuer Zemente zu ermöglichen und alle Leistungsanforderungen für verschiedene Anwendungen zu erfüllen, ist eine zeitgerechte Einführung leistungsbezogener Normen, zum Beispiel in Form von Labeln, erforderlich. |
Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) | CCS hat eine positive und große Auswirkung auf die Emissionsminderung, da die Emissionen aufgefangen und in tiefengeologischen Lagerstätten permanent gespeichert werden. | CCS erfordert sehr hohe Investitionen und in den meisten Fällen eine internationale Zusammenarbeit. Die Endproduktkosten werden zwangsläufig steigen. Die CO2-Speicherkapazität wird mit anderen Industrien geteilt. | Die Technologie ist zwar vorhanden, und es werden groß angelegte Abscheidungsprojekte entwickelt, aber die Größenordnung und die internationalen Merkmale von CCS machen die Umsetzung komplex. Die aktuelle EU-Politik zielt darauf ab, die Einführung von CCS zu beschleunigen. In Deutschland hat die CMS (Carbon Management Strategie) dafür einen Grundstein gelegt. Es wird erwartet, dass einige CCS-Projekte bis 2026 in Betrieb genommen werden; eine weltweite Umsetzung ist jedoch noch lange nicht Realität. Für die Einführung in großem Maßstab ist ein Leitmarkt erforderlich |
Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (CCU) | Das Emissionsminderungspotenzial von CCU hängt vom Gesamtenergiebedarf, der CO2-Quelle und schließlich davon ab, ob das verwendete CO2 während der Nutzung und Entsorgung des Produkts emittiert wird. Wenn die Emissionen anschließend permanent gespeichert werden, wäre das Emissionsminderungspotenzial mit dem von CCS vergleichbar. | Je nach Produkt kann die Nutzung von CO2 hohe Energiekosten verursachen und bei einer Ausweitung auf erneuerbare Energien zurückgreifen, die sonst zu einer größeren Elektrifizierung geführt hätten. Einige CCU-Produkte, wie Kraftstoffe oder andere kurzlebige Produkte, verzögern die Reduzierung der Emissionen nur, da sie CO2 nicht permanent speichern. | Das Ausmaß von CCU ist stark begrenzt durch den Energiebedarf und die Menge des „Produkts“, das benötigt wird, um die Emissionen tatsächlich zu senken. Nur wenige kleine Projekte nutzen Kohlenstoff auf eine Art und Weise, bei der das CO2 letztlich nicht in die Atmosphäre gelangt und somit CO2-Neutralität im Einklang mit dem 1,5 Grad Ziel möglich ist. |
Strategien zur Materialeffizienz | Je nach Strategie können sie ein unterschiedliches Emissionsminderungspotenzial aufweisen. | Überlegungen zur konkurrierenden Verwendung von SCMs und zu alternativen Materialien zu Beton. | Die meisten Strategien zur Materialeffizienz könnten bereits eingesetzt werden, mit Ausnahme einiger Downcycling-Techniken. Leitmärkte für kohlenstoffarme Materialien würden die Entwicklung in großem Maßstab beschleunigen. Die Verfügbarkeit der Materialien ist möglicherweise begrenzt und kann daher den Umfang der Substitution der Primärproduktion einschränken. |