Microsoft legt den Grundstein für umweltfreundliche Baumaterialien von morgen

Quincy, Washington – Hier auf dem Grundstück eines Bauunternehmers neben einem Microsoft-Rechenzentrum schlugen zerkleinertes Gestein und Sand in der wirbelnden Trommel eines Betonmischerwagens umher. Die Szene an diesem schwülen Sommertag markierte einen weiteren Schritt auf dem Weg von Microsoft, bis 2030 CO2-negativ zu sein.

Ein Team von Betonfertigern stand bereit, um die Mischung zu glätten und zu glätten, die dann durch die Rutsche des Mischwagens in einen von drei Holzrahmen von etwa der Größe einer Tischplatte stürzte und zu Betonplatten aushärtete.

Die Mischung in der Trommel war jedoch nicht typisch. Zusätzlich zu den Steinen, Sand, Wasser und Zement, die normalerweise in Betonmischungen vorkommen, enthielt es einen aus Mikroalgen gewonnenen Kalkstein und andere Zusatzstoffe, die den Gesamtkohlenstoffgehalt im Beton senken.

Der verkörperte Kohlenstoff ist ein Maß für den Kohlenstoff, der bei der Herstellung, Installation, Wartung und Entsorgung eines Produkts oder Materials freigesetzt wird. Nach Berechnungen von Industrie und Regierung ist der in Beton enthaltene Kohlenstoff derzeit für rund 8 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Der in Stahl enthaltene Kohlenstoff, ein weiteres Material, das im Schwerbau verwendet wird, ist für schätzungsweise 7 % der Kohlenstoffemissionen verantwortlich.

„In der gebauten Umwelt ist die Dekarbonisierung von Beton und Stahl aus Sicht der Klimaauswirkungen von entscheidender Bedeutung“, sagte Brandon Middaugh, Senior Director des Climate Innovation Fund von Microsoft, einem 1-Milliarden-Dollar-Fonds zur Beschleunigung der Entwicklung und Bereitstellung von Klimalösungen.

„Die Reduzierung oder Eliminierung von Kohlenstoff aus Beton und Stahl ist eine Herausforderung, da die traditionellen Prozesse zu ihrer Herstellung CO2-intensiv sind“, bemerkte Sean James, leitender Direktor für Rechenzentrumsforschung im Rechenzentrumsforschungsteam von Microsoft.

Die Bewältigung dieser Herausforderung mit alternativen, kohlenstoffärmeren Materialien werde Microsoft dabei helfen, seiner Verpflichtung, bis 2030 kohlenstoffnegativ zu sein, näherzukommen. Dies habe auch Auswirkungen auf den Rest der Welt, wo die globale Bauindustrie derzeit auf dem richtigen Weg sei Errichten Sie in den nächsten 37 Jahren jeden Monat Gebäude im Wert einer Stadt New Yorks.

Der Großteil der mit Beton verbundenen Emissionen stammt aus der Zementproduktion, bemerkte Steve Gilges, leitender Infrastrukturingenieur im Rechenzentrumsforschungsteam von Microsoft. Ein Hauptbestandteil von Zement ist Kalkstein, der typischerweise mit Ton in einem kohle- oder gasbefeuerten Ofen auf etwa 2.650 Grad Fahrenheit erhitzt wird, wo er eine chemische Reaktion namens Kalzinierung durchläuft, bei der Kohlendioxid als Nebenprodukt freigesetzt wird.

Zu den in Quincy erprobten Betonmischungen gehören eine mit biogenem Kalkstein, eine mit Flugasche und Schlacke, die mit alkalischer Soda aktiviert werden, und eine mit alkaliaktiviertem Zement und biogenem Kalkstein. Ziel des Projekts ist es, Mischungsdesigns zu testen, die laut Microsoft den Kohlenstoffgehalt im Beton im Vergleich zu herkömmlichen Betonmischungen um mehr als 50 % senken können.

Die Flugasche und Schlacke für den alkaliaktivierten Zement sind Industrieabfälle aus der Kohleverbrennung und der Stahlherstellung. Der biogene Kalkstein stammt von Minus Materials, das ein an der University of Colorado in Boulder entwickeltes Verfahren kommerzialisiert, das die Produktion von Kalkstein mit Meeresalgen beschleunigt.

Diese Mischungen seien eine unvollständige Lösung für das Problem des Kohlenstoffgehalts im Beton, bemerkte James. Aber das ist OK. Sie sind ein Anfang.

„Der größte Feind des Fortschritts ist das Konzept, dass alles perfekt sein muss, bevor man anfängt“, sagte er. „Der beste Weg, tatsächlich etwas zu bewirken, besteht darin, mit einer ausreichend guten Lösung auf den Markt zu kommen. Was jetzt gut genug ist, ist die Verwendung dieser Dinge, die den CO2-Ausstoß senken können, sodass wir sofort damit beginnen können, etwas zu bewirken.“

Darüber hinaus hat Microsoft Lösungen im Blick, die den Kohlenstoffgehalt in Beton und anderen Baumaterialien auf Null senken und sie möglicherweise kohlenstoffnegativ machen könnten.

Viele dieser Lösungen stammen aus Investitionen in junge Unternehmen durch den Climate Innovation Fund von Microsoft, der 2020 parallel zu den Engagements des Unternehmens in den Bereichen Kohlenstoff, Wasser, Abfall und Ökosysteme ins Leben gerufen wurde.

„Wir haben den Fonds in der Erkenntnis ins Leben gerufen, dass wir, um diese Ziele zu erreichen, die Märkte um uns herum und die Technologien außerhalb unserer vier Wände aufbauen müssen, die es uns ermöglichen, unseren Weg zur Dekarbonisierung fortzusetzen“, sagte Middaugh.

Sie und ihre Kollegen sind auf der Suche nach neuartigen Technologien, die für eine maximale Wirkung allgemein zugänglich gemacht werden müssen und von den Erkenntnissen profitieren würden, die Microsoft als Kunde bietet. Im Baustoffbereich konzentriert sich der Fonds auf Beton und Stahl.

Eine der frühesten Investitionen des Fonds ist beispielsweise CarbonCure, das kohlenstoffarme Betontechnologien einsetzt, die eingefangenes Kohlendioxid in Beton injizieren, wo das CO2 sofort mineralisiert und dauerhaft als nanoskalige Gesteine ​​im physischen Produkt eingebettet wird. Dies wirkt nicht nur als Kohlenstoffsenke, sondern stärkt auch das Material, wodurch die Menge an benötigtem kohlenstoffintensivem Zement reduziert werden kann.

Ein anderer Dekarbonisierungsweg spiegelt sich in Prometheus Materials wider, das durch einen einzigartigen Prozess, der natürlich vorkommende Mikroalgen mit anderen wesentlichen Komponenten kombiniert, kohlenstofffreien Biozement und Biobeton herstellt, sagte Middaugh.

„Unsere Mission ist es, eines der am häufigsten verwendeten, wenn nicht sogar DAS am häufigsten verwendete Baumaterial auf der Erde zu dekarbonisieren – und das ist Beton“, sagte Loren Burnett, CEO von Prometheus Materials mit Sitz in Longmont, Colorado.

Der Climate Innovation Fund von Microsoft kündigte kürzlich eine Investition in Boston Metal an, das eine patentierte MOE-Technologie (Molten Oxide Electrolysis) entwickelt hat, die mit erneuerbarer Energie betrieben wird und darauf abzielt, reines Eisen aus Eisenerz jeglicher Qualität herzustellen und Kohlendioxidemissionen bei der Stahlherstellung zu vermeiden. Boston Metal strebt die Kommerzialisierung seiner grünen Stahllösung an und wird außerdem hochwertige Metalle aus Bergbauabfällen in Brasilien produzieren.

Diese Investitionen sollen laut Middaugh die Schaffung eines wettbewerbsfähigen Marktes für umweltfreundliche Baumaterialien in einem Zeitrahmen vorantreiben, der es Microsoft und anderen Unternehmen ermöglicht, Nachhaltigkeitsziele wie die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen oder das Erreichen von Netto-Null-Emissionen durch die Verwendung von Kohlenstoffentfernungen zum Ausgleich der Emissionen zu erreichen .

„Das Angebot auf dem Markt reicht heute nicht aus, um den Bedarf aller Unternehmen zu decken, die sich zu Netto-Null verpflichtet haben“, sagte sie. „Was wir sehen, ist, dass wir die Projektanbahnung dieser Unternehmen zunehmend unterstützen müssen, um tatsächliche Einrichtungen online zu stellen.“

Die Notwendigkeit eines wettbewerbsfähigen Marktes für grünen Beton und Stahl wurde in einem offenen Brief unterstrichen, der von den vier größten Rechenzentrumsunternehmen unterzeichnet wurde und mögliche Wege zu einer breiteren Verfügbarkeit von kohlenstoffarmem Beton aufzeigt.

„Eines der Dinge, die wir bei all dieser neuen Technologie feststellen, ist, dass sie nicht die kritische Masse erreichen kann, um loszulegen“, sagte Christian Belady, Vizepräsident und angesehener Ingenieur bei Microsoft, der die Advanced Development Group für Rechenzentren leitet.

Eine gemeinsame Methode für Hersteller von kohlenstoffarmem Beton zur Differenzierung ihrer Produkte und für die Bauindustrie zum Verständnis des in den von ihnen gekauften Materialien enthaltenen Kohlenstoffs wird dazu beitragen, die Nachfrage und die Transparenz zu steigern. Im Rahmen ihres Versprechens wollen die Unternehmen eine einheitliche Methode zur Berechnung des in Beton enthaltenen Kohlenstoffs entwickeln.

Wir müssen die Märkte um uns herum und die Technologien außerhalb unserer vier Wände aufbauen, die es uns ermöglichen, unseren Weg zur Dekarbonisierung fortzusetzen.

Laut Katie Ross, Direktorin für CO2-Reduktionsstrategie und Marktentwicklung bei Microsoft, hat Microsoft in der Vergangenheit den in Baumaterialien enthaltenen Kohlenstoff mithilfe von Proxys berechnet.

„Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Höhe unserer Ausgaben für ein Unternehmen und den damit verbundenen direkten Emissionen“, erklärte sie. „Während wir uns entlang des Kontinuums bewegten, haben wir Löcher darin gestochen.“

Aus diesem Grund stellt Microsoft auf eine Buchhaltungsmethode für wichtige Baumaterialien um, die auf einer Nährwertkennzeichnung wie auf Lebensmittelverpackungen basiert und Informationen über das Treibhauspotenzial eines Materials enthält, einer so genannten Environmental Product Declaration (EPD), die von einem Dritten stammt verifiziert.

„Da wir über diese Informationen, die Nährwertkennzeichnung, verfügen, können wir jetzt die von uns getroffenen Entscheidungen und die mit diesen Entscheidungen verbundenen Kohlenstoffemissionen genau darstellen“, sagte Ross. „Wir können im Laufe der Zeit Reduzierungen nachweisen.“

Gilges und sein Team werden die in Quincy gegossenen kohlenstoffarmen Betonplatten mehrere Monate lang beobachten, um beispielsweise zu verstehen, wie die Mischungen aushärten.

Die Lehren aus den in Quincy gegossenen Mischungen werden nach Angaben des Teams auf komplexere Pilotprojekte angewendet, da die Technologien für kohlenstoffarmen Beton weiter skalieren.

„Es ist nur Beton“, bemerkte Gilges. „Aber die Materialeigenschaften, chemischen Reaktionen und mechanischen Veränderungen können komplex sein, insbesondere wenn synthetische Füllstoffe in Kombination mit biologisch gewonnenen Komponenten eingesetzt werden.“

Die Quincy-Pilotprojekte sowie ähnliche Engagements mit Betonlieferanten in Des Moines, Iowa, und San Antonio, Texas, werden Microsoft dabei helfen, diese Herausforderungen in der realen Welt kennenzulernen, damit James und seine Kollegen sie meistern können.

„Sie müssen PowerPoints hinter sich lassen, sich in die Materie begeben und es so schnell wie möglich tatsächlich aufbauen“, sagte James. „Denn dann wirst du lernen, was diese Bremsschwellen sind, und du wirst viel mehr Zeit haben, herauszufinden, wie du damit umgehst.“

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Bild oben: Arbeiter gießen und glätten Beton auf dem Grundstück eines Bauunternehmers neben einem Microsoft-Rechenzentrum in Quincy, Washington. Das Pilotprojekt ist Teil eines Projekts zum Testen von Mischungsentwürfen, die den Kohlenstoffgehalt im Beton im Vergleich zu herkömmlichem Beton um mehr als 50 % senken können mischt. Bild von Dan DeLong für Microsoft.