CO2 reduction in tunnel construction from a material technology point of view / CO2-Reduktion im Tunnelbau aus materialtechnologischer Sicht

Tunnelling and underground construction is a material-intensive undertaking that involves the use of large quantities of concrete. Analyses of the life-cycle assessment of a new tunnel show that the carbon footprint is largely determined by cement and concrete consumption. Optimising the quantity used, composition and properties of this construction material is thus crucial to reducing ''grey'' emissions - CO2 emissions arising from the construction phase. While strength and durability requirements along with exposure classes are clearly set out in directives and tender specifications, CO2 emissions per cubic metre of concrete are not currently considered a relevant criterion when it comes to project design, award and implementation. And this, despite the fact that the current state of knowledge and research shows that substantially lower-carbon concretes could be used than is generally the case today. A paradigm shift is required to achieve the goal of carbon neutrality in the construction industry.
This paper shows how CO2 emissions per cubic metre of concrete can be declared and reduced in tunnel construction, and how concrete recipes can be formulated using climate-friendly materials, while maintaining the required strengths and durability properties. Using the design approaches outlined here, it is possible to increase clinker efficiency and reduce CO2 intensity without adversely affecting the structure and its functionality.
Der Tunnel- und Untertagebau ist ein materialintensives Unterfangen, bei dem große Betonmengen zum Einsatz kommen. Analysen der Umweltbilanz eines Tunnelneubaus zeigen, dass insbesondere der CO2-Fußabdruck maßgeblich vom Zement- bzw. Betonverbrauch abhängt. Zur Reduktion der sogenannten grauen Emissionen - der CO2-Emissionen, die während der Bauphase entstehen - ist die Optimierung der Einsatzmenge, der Zusammensetzung und der Eigenschaften dieses Baustoffs demnach von signifikanter Bedeutung. Während Festigkeit und Dauerhaftigkeitsanforderungen bzw. Expositionsklassen in Richtlinien und Ausschreibungen klar spezifiziert werden, stellen CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton derzeit kein planungs-, vergabe- oder ausführungsrelevantes Kriterium dar. Und das, obwohl nach Stand des Wissens und der Forschung bereist heute wesentlich CO2-ärmere Betone ausgeführt werden könnten als es in der Praxis i. d. R. der Fall ist. Um das Ziel der CO2-Neutralität im Bauwesen zu erreichen, sollte es hier zu einem Paradigmenwechsel kommen.
In diesem Beitrag wird gezeigt, wie CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton für den Tunnelbau deklariert und reduziert werden können, wie Betonrezepturen mit klimafreundlichen Stoffen entworfen und wie dabei die erforderlichen Festigkeiten und Dauerhaftigkeitseigenschaften sichergestellt werden können. Mit den dargestellten Design-Ansätzen können die Klinkereffizienz gesteigert und CO2-Intensität gesenkt werden, ohne negativen Einfluss auf das Bauwerk und seine Funktionalität zu nehmen.