De ontwikkeling van nieuwe types cement met een verminderde koolstofafdruk

Het streven van de Belgische cementnijverheid om de milieueffecten van cement te verminderen is niet nieuw, maar komt wel in een stroomversnelling. De uitdaging bestaat erin om dit te doen met behoud van de technische prestaties van cement en beton. Een van de manieren om de doelstellingen van klimaatneutraliteit in 2050 te bereiken, is de vermindering van het klinkergehalte in cement.

Klinker is het basisbestanddeel van cement en wordt verkregen door voornamelijk kalksteen in een cementoven te verhitten tot 1.450°C. Afgezien van de CO2-uitstoot van de brandstoffen, komt ook CO2 vrij bij de chemische ontbinding van kalksteen tot calciumoxide, bij ongeveer 850°C. Deze chemische reactie veroorzaakt het grootste gedeelte van de totale CO2-uitstoot. De rest van de CO2-uitstoot is afkomstig van het verhitten van de materialen die door de oven gaan.

Na het proces in de oven worden vaak nog vervangingsmaterialen aan de klinker toegevoegd, vóór het geheel vermalen wordt tot het fijne poeder dat we kennen als cement. De producenten verminderen het aandeel van de klinker in het cement en drukken daarmee dus meteen ook de CO2-uitstoot. Om die weg te kunnen inslaan, zijn nieuwe cementsoorten, dat wil zeggen nieuwe recepten of samenstellingen, onvermijdelijk. De vervangingsmaterialen voor klinker, zoals vliegas, hoogovenslakken of kalksteenfillers worden met de klinker vermengd en vermalen, zonder dat ze in de oven verhit werden en dus zonder uitstoot van CO2. De sluiting van de steenkoolcentrales en de geleidelijke afbouw van de staalhoogovens leiden echter tot schaarste aan vliegas en een afnemende beschikbaarheid van hoogovenslakken, waardoor de cementindustrie gedwongen wordt alternatieve secundaire grondstoffen te gebruiken.

Het meest gebruikte cement in België is vandaag ‘koolstofarm’ hoogovencement CEM III/A, met tussen de 35 en 64% klinker, aangevuld met hoogovenslakken. Alleen de Belgische CEM III- en CEM V-cementen hebben een lager klinkergehalte dan 65%. Ter informatie: het gemiddelde aandeel klinker in Belgisch cement bedroeg in 2020 63,8%, terwijl het Europese gemiddelde op ongeveer 77% ligt. 

In 2021 is een nieuw deel van de cementnorm verschenen, namelijk deel 5: NBN EN 197-5, dat de nieuwe cementtypen CEM II/C-M en CEM VI beschrijft. De cementtypen CEM II/C-M hebben een klinkergehalte van 50 tot 64%. Het type CEM VI wordt ‘koolstofarm’ genoemd en bevat nog minder klinker, namelijk tussen 35 en 49%. En sinds half 2023 is er zelfs een 6e deel, NBN EN 197-6, dat handelt over cement met fijne deeltjes afkomstig van recyclage. Die laatste twee normen zijn weliswaar niet geharmoniseerd; er zal dus geen CE-markering mogelijk zijn voor deze types cement maar het vrijwillig BENOR-keurmerk zal wel mogelijk zijn.

De cementen uit de normen zijn geschikt voor algemeen gebruik. Dat betekent onder andere dat ze geen nadelige invloed hebben op de duurzaamheid van beton. Maar daarnaast moet ook de specifieke gebruiksgeschiktheid aangetoond worden voor bepaalde toepassingen (meestal in functie van de omgevingsklassen volgens de betonnormen, die rekening houden met de aantasting door carbonatatie, vorst, regen, zee- of strooizout alsook chemische aantasting). Sinds 2020 loopt het grootschalige, prenormatieve onderzoeksproject NEOCEM dat aangestuurd wordt door de cementindustrie, in samenwerking met de drie onderzoekscentra OCCN, BUILDWISE en OCW. Doel van het onderzoek is om de specifieke geschiktheid van 4 hoofdtypen cement met nieuwe materialen aan te tonen: CEM II/B-M, CEM II/C-M, CEM V en CEM VI, waarbij de secundaire materialen hoogovenslakken zijn en/of kalksteenfillers en/of een nieuw materiaal als gecalcineerde klei. Bij die soorten cement wordt telkens één bepaald van soort tot soort verschillend percentage van de slakken vervangen door kalksteenfillers of gecalcineerde klei. Het project is al zodanig ver gevorderd dat een deel van de nieuwe cementen werd opgenomen in de nieuwe versie van de Belgische betonnorm NBN B 15-001, die weldra zal verschijnen. In het volgende project NEOCEM II worden de cementen met gerecycleerde fijne deeltjes volgens NBN EN 197-6 bestudeerd. Deze studies zullen toelaten om de nieuwe cementsoorten sneller op de markt te kunnen brengen en zo de uitdagingen van morgen aan te gaan.