Vom Abwasser zum Baustoff: CO₂-Verwertung in Basel

Konzept der industriellen Symbiose

Da ein Abfallstrom – biogenes CO₂ aus der ARA im Rheinhafen Basel – als Ressource für das Betonwerk von Vigier in räumlicher Nähe genutzt werden soll, wird dies als industrielle Symbiose bezeichnet. Solche Kooperationen können neben einem ökologischen Nutzen auch wirtschaftliche Vorteile bieten. Das im Faulturm der ARA anfallende und mittels Membrantrennung abgeschiedene CO₂ weist eine hohe Reinheit auf und wird üblicherweise ungenutzt in die Atmosphäre emittiert. Das Betonwerk der Vigier Holding AG verarbeitet im Hafengebiet jährlich grosse Mengen an Recyclinggranulat, das sich für eine beschleunigte Mineralisierung von CO₂ eignet. Dabei wird CO₂ chemisch stabil im Baustoff gebunden und damit langfristig gespeichert. Industrielle Symbiosen basieren generell meist auf räumlicher Nähe, abgestimmten Stoff- und Energieströmen und passenden Geschäftsmodellen. Elimar Frank, Professor und Experte für techno-ökonomische Nachhaltigkeitsanalysen, meint dazu: «Industrielle Symbiose wird künftig stark an Bedeutung gewinnen. Im Beispiel dieser Arbeit wird gezeigt, wie ein CO₂-Abfallstrom ökonomisch sinnvoll in einen Produktionsprozess und gleichzeitig als Klimaschutzlösung genutzt werden kann.»

Methodik und Systemgrenzen

Im Zentrum der Studie steht Auslegung der CO₂ Wertschöpfungskette von der Quelle bis zur Senke. Dabei werden zwei alternative Transport- und Versorgungskonzepte untersucht: Eine CO₂-Pipeline zwischen ARA und Betonwerk für gasförmiges CO₂ sowie ein verflüssigungsbasierter Transport per Lastwagen. Beide Varianten wurden hinsichtlich technischer Machbarkeit, Energiebedarf, Treibhausgasemissionen, Investitions- und Betriebskosten sowie betrieblicher Randbedingungen analysiert. Ergänzend wurde die Mineralisierungsanlage grob dimensioniert und deren Betrieb unter verschiedenen Annahmen zu Batchgrösse und Automatisierungsgrad betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit verschiedener Konzeptszenarien wurde mittels Kapitalwertmethode bewertet.

Technische Umsetzung in Basel

Die ARA erzeugt jährlich etwa 2’700 Tonnen CO₂. Das nahegelegene Betonwerk von Vigier könnte rund 360 Tonnen davon nutzen. Eine Verflüssigung für den LKW-Transport führt zu einem erheblich höheren Energieaufwand verglichen mit dem Transport von gasförmigem CO₂ in einer Pipeline. Dafür ist das Konzept mit LKW-Transport wesentlich flexibler. Beide Varianten sind technisch umsetzbar. Die Wahl hängt stark von Betriebsstrategie, Flexibilität und Emissionsbilanzierung ab. 

Wirtschaftliche Analyse

Die Investitionskosten liegen bei rund 1,2 bis 1,75 Mio. CHF, je nach Variante. Die Betriebskosten werden vor allem durch Materialhandling bestimmt. Entscheidender Treiber der Wirtschaftlichkeit ist die Verkaufsmenge von Premiumbeton („ECOGold“) mit Preisaufschlag, der für den positiven Klimabeitrag erhoben wird.

Einfluss von Betriebsstrategien

In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die sogenannte Batching-Strategie – also wie oft und in welchen Mengen mineralisiert wird – die Dimensionierung, den Energieverbrauch und die Kosten der Mineralisierung erheblich beeinflusst. Mehr kleinere Batches erhöhen die Effizienz, erfordern aber höhere Automatisierung und komplexere Abläufe beim Transport und der Zwischenspeicherung des CO₂.

Ökologische Bewertung

Ein kritischer Faktor für den Vergleich der Transport-Optionen ist der Methanschlupf. Bei einer Pipeline gelangt eine geringe Menge Restmethan aus dem CO₂-Strom in die Atmosphäre, was die Klimabilanz stark verschlechtert. Beim verflüssigten Transport wird Methan vollständig abgeschieden. Dadurch kann die energieintensivere Variante dennoch ökologisch vorteilhafter sein.

Schlussfolgerung

Die Arbeit zeigt, dass die Mineralisierung von CO₂ in Recyclingbeton im Rheinhafen Basel technisch machbar und wirtschaftlich tragfähig sein kann. Der grösste Mehrwert liegt dabei in der Vermarktung von klimafreundlichem Beton. Die industrielle Symbiose kann so einen Beitrag zur CO₂-Reduktion leisten, bleibt jedoch im untersuchten Fall mengenmässig begrenzt. Entscheidend für den Erfolg sind eine hinreichend hohe Nachfrage nach dem Produkt «ECOGold», effiziente Betriebsstrategien und ein tragfähiges Geschäftsmodell. David Sahli, Projektleiter bei Vigier Beton, meint dazu: «Die Studie zeigt, dass dies eine funktionierende und praxistaugliche Lösung ist, um CO₂ dauerhaft zu binden. Wir laden Bauherren, Ingenieure und Architekten ein, diese Möglichkeit konsequent in ihre Planungen aufzunehmen und die Ausschreibungen entsprechend so zu gestalten, dass nachhaltige und zukunftsfähige Baustofflösungen gezielt gefördert werden.“