DE102021001327A1 - Building material mixture of biochar and concrete for the production of blocks or slabs with the additional function of insulation and carbon storage for use in construction or similar. - Google Patents

Building material mixture of biochar and concrete for the production of blocks or slabs with the additional function of insulation and carbon storage for use in construction or similar. Download PDF

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Abstract

Baustoffgemisch aus Pflanzenkohle und Beton für die Herstellung von Blöcken oder Platten mit der zusätzlichen Funktion eines dämmenden und / oder kohlenstoffspeichernden Elements zur Verwendung beim Bau - dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle direkt mit dem Beton verbunden ist.Building material mixture of biochar and concrete for the production of blocks or slabs with the additional function of an insulating and/or carbon-storing element for use in construction - characterized in that the biochar is directly connected to the concrete.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Hersteller von Beton bzw. Zement gehören zu den Hauptemittenten von Treibhausgasen. So ist die „Betonproduktion [...] für etwa 6 bis 9 % aller menschengemachten CO2-Emissionen verantwortlich, was dem Drei- bis Vierfachen der Größenordnung des gesamten Luftverkehrs entspricht.“ (vgl. https://de.m.wikipedia.org/wiki/Beton; Stand 12.03.2021) In der Konsequenz versucht die Branche, u.a. mittels Nutzung regenerativer Energieträger bei der Herstellung von Zement, möglichst viel CO2 einzusparen und bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden (vgl. https://www.vdz-online.de/dekarbonisierung; Stand 12.03.2021).The manufacturers of concrete and cement are among the main emitters of greenhouse gases. For example, "concrete production [...] is responsible for around 6 to 9% of all man-made CO 2 emissions, which is three to four times the magnitude of all air traffic." (cf. https://de.m.wikipedia .org/wiki/Beton; as of March 12, 2021) As a consequence, the industry is trying to save as much CO 2 as possible by using renewable energy sources in the production of cement, among other things, and to become climate-neutral by 2050 (cf. https:// www.vdz-online.de/dekarbonisierung; as of March 12, 2021).

Der erste Schritt ist also, möglichst umweltschonende und gleichzeitig stabile und wärmedämmende Baustoffe zu entwicklen. Sie sollen möglichst wenig CO2-Ausstoß bei der Produktion verursachen und den Energieverbrauch der späteren Gebäude verringern helfen. Gleichzeitig bieten sich Bauwerke aller Art aber auch zur langfristigen Speicherung von CO2 an - vorausgesetzt man nutzt ein Material, das einen möglichst geringen „Carbon Footprint“ aufweist bzw. das den in ihm gebundenen Kohlenstoff längerfristig nicht in die Atmosphäre abgibt.The first step is therefore to develop building materials that are as environmentally friendly as possible and at the same time stable and thermally insulating. They should cause as little CO 2 emissions as possible during production and help reduce the energy consumption of the later buildings. At the same time, buildings of all kinds are also ideal for long-term storage of CO 2 - provided you use a material that has the smallest possible "carbon footprint" or that does not release the carbon bound in it into the atmosphere in the long term.

Der zweite Schritt in Richtung CO2-Einsparung bei Gebäuden ist naturgemäß die Verwendung von Baustoffen mit guter Dämmwirkung, um den Heizenergieverbrauch gering zu halten. Manche Baustoffhersteller produzieren aktuell z. B. sogenannte „porosierte Ziegel“ - Ziegelsteine mit kleinen Lufteinschlüssen, die eine bessere Dämmwirkung aufweisen als das herkömmlich massive Material. Wieder andere nutzen z. B. Bimsstein, der von Natur aus sehr viele feinporige Kammern aufweist, um daraus Bims-Beton-Bauelemente mit guter Wärme-Dämmwirkung herzustellen. Leider ist Bims jedoch ein endlicher Rohstoff.The second step in the direction of CO 2 savings in buildings is, of course, the use of building materials with a good insulating effect in order to keep heating energy consumption low. Some building material manufacturers are currently producing e.g. B. so-called "porous bricks" - bricks with small air pockets, which have a better insulating effect than the conventional solid material. Still others use e.g. B. pumice stone, which naturally has many fine-pored chambers in order to produce pumice concrete components with a good thermal insulation effect. Unfortunately, however, pumice is a finite raw material.

Erfindungsleistunginventive achievement

Bei der hier beschriebenen Erfindung geht es darum, den Bims-Anteil im letztgenannten Baustoffgemisch ganz oder teilweise durch Pflanzenkohle (z. B. Holzkohlestücke) zu ersetzen. Pflanzenkohle hat in einem Baustoffgemisch mit Beton den Vorteil,dass ihre beachtliche Wärmedämmleistung (ca.0,042 W/mK - vergleichbar mit Kork) die Energiebilanz des ganz oder teilweise daraus gebauten Gebäudes deutlich verbessern kann.The invention described here involves replacing the pumice content in the last-mentioned building material mixture in whole or in part with biochar (e.g. pieces of charcoal). In a building material mixture with concrete, biochar has the advantage that its considerable thermal insulation performance (approx. 0.042 W/mK - comparable to cork) can significantly improve the energy balance of the building made entirely or partially of it.

Gleichzeitig wird durch die Ersetzung eines Teils des Betons durch Kohle die CO2-Bilanz des Materials deutlich verbessert, da der Kohlenstoff im Materialmix dauerhaft eingelagert ist.At the same time, replacing part of the concrete with coal significantly improves the CO 2 balance of the material, since the carbon is permanently stored in the material mix.

Es kann Pflanzenkohle in unterschiedlich angepasster Partikelgröße zum Einsatz kommen - je nach gewünschter Stabilitäts- und / oder Wärmedämmleistung der Blöcke und / oder Platten.Biochar can be used in differently adapted particle sizes - depending on the desired stability and/or thermal insulation performance of the blocks and/or panels.

Ein Vorteil der Nutzung von Pflanzenkohle im Vergleich zu Bims ist zudem, dass sie günstig hergestellt werden werden kann und als nachwachsender Rohstoff (bei Beachtung von Regenerationsphasen der Pflanzenwelt) quasi in unendlicher Menge zur Verfügung steht.Another advantage of using biochar compared to pumice is that it can be produced cheaply and, as a renewable raw material (taking into account the regeneration phases of the plant world), is available in almost infinite quantities.

Zudem hat Kohle den Vorteil, dass sie kaum Feuchtigkeit aufnehmen kann und nicht verrottet.In addition, charcoal has the advantage that it can hardly absorb any moisture and does not rot.

Claims (9)

Baustoffgemisch aus Pflanzenkohle und Beton für die Herstellung von Blöcken oder Platten mit der zusätzlichen Funktion eines dämmenden und / oder kohlenstoffspeichernden Elements zur Verwendung beim Bau - dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle direkt mit dem Beton verbunden ist.Building material mixture of biochar and concrete for the production of blocks or slabs with the additional function of an insulating and/or carbon-storing element for use in construction - characterized in that the biochar is directly connected to the concrete. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle dem Frischbeton (ggf. in veränderlichen Teilen) direkt zugegeben und mit diesem verarbeitet wird.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the biochar is added directly to the fresh concrete (possibly in variable parts) and processed with it. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle dem jungen, sich bereits im Aushärtungsprozess befindlichen Beton zugegeben und mit diesem verarbeitet wird.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the biochar is added to the young concrete that is already in the hardening process and is processed with it. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle, je nach Verwendungszweck des späteren Bauteils, veränderliche Anteile des Materialgemischs ausmacht.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the biochar, depending on the intended use of the later component, makes up variable proportions of the material mixture. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenkohle im Gemisch eine speziell auf die spätere Belastbarkeit und / oder Wärmedämmleistung angepasste, festgelegte Partikelgröße aufweist.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the vegetable charcoal in the mixture has a specified particle size specially adapted to the subsequent resilience and/or thermal insulation performance. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Baustoffgemisch neben der Pflanzenkohle und dem Beton Bimsstein als zusätzlich beigefügtes Material enthält.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the building material mixture contains pumice stone as an additional material in addition to the biochar and the concrete. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Baustoffgemisch neben der Pflanzenkohle und dem Beton Kunststoffpartikel als zusätzlich beigefügtes Material als sog. Kohlenstoffsenke enthält.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the building material mixture contains plastic particles as an additional material as a so-called carbon sink in addition to the biochar and the concrete. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Baustoffgemisch neben der Pflanzenkohle Hilfsstoffe zur besseren chemischen oder physikalischen Verbindung der Kohle mit dem Beton beigefügt werden.building material mixture Claim 1 , possibly in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the building material mixture in addition to the biochar adjuvants are added to improve the chemical or physical connection of the coal with the concrete. Baustoffgemisch nach Patentanspruch 1, ggf. in Kombination mit weiteren unter diesem Titel genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung in Gewichtsanteilen pro Kubikmeter 1 bis 98 % Pflanzenkohle, 1 bis 98% Beton und 0 bis 98% Wasser umfasst.building material mixture Claim 1 , optionally in combination with other patent claims mentioned under this title, characterized in that the composition in parts by weight per cubic meter comprises 1 to 98% biochar, 1 to 98% concrete and 0 to 98% water.
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