Welke initiatieven zijn er om de CO₂-emissies van in Nederland toegepast cement en beton te reduceren? Die beschrijft het Cement&BetonCentrum in de roadmap voor CO₂-reductie. In deze roadmap zetten we alle reductie-initiatieven van de cementindustrie voor Nederland op een rij. Daarnaast beschrijven we de geschatte emissiereducties van de aangrenzende sectoren in de betonketen. Download hier de volledige versie van de roadmap in PDF.

Beton is zeer gewild als constructiemateriaal: elk jaar produceren we wereldwijd méér beton dan alle andere materialen bij elkaar. In Nederland bestaat ruim 75% van de totale massa aan materialen voor de woning- en utiliteitsbouw uit beton (zie ook volgende hoofdstuk hieronder). Beton bestaat uit zand, grind, water en als bindmiddel cement. Wereldwijd produceren we jaarlijks circa 4,1 miljard ton aan cement, met name voor toepassing in beton.

De belangrijkste grondstof voor cement is portlandcementklinker. Bij de productie daarvan komt veel CO₂ vrij. Verreweg het grootste gedeelte daarvan – bijna twee derde – is het onvermijdelijke gevolg van de chemische reactie die tijdens de productie plaatsvindt: de calcinatie van kalksteen. Hierbij wordt kalksteen (CaCO₃) omgezet in vrije kalk (CaO) en CO₂. De emissie is ongeveer 510 kg CO₂ per ton klinker. Daarnaast is zo’n 30% van de CO₂-footprint van cement afkomstig van de (fossiele en secundaire) brandstoffen waarmee de klinkeroven wordt verhit. Ongeveer 10% is het gevolg van het elektriciteitsverbruik voor de cementmaling.

Beton is op zichzelf een milieuvriendelijke keuze. Het milieuprofiel van een betonconstructie is op materiaalniveau en gebouwniveau vergelijkbaar of zelfs gunstiger dan bij toepassing van andere materialen, zeker als we over de gehele levensduur het energieverbruik (effect van thermische massa) en het onderhoud meetellen. Beton heeft nog meer voordelen: het is betrouwbaar, veilig, veelzijdig en langdurig onderhoudsarm.

Hoe gunstig het milieuprofiel van beton op zichzelf ook is, door het enorme volume levert de cementindustrie toch een forse bijdrage aan de totale wereldwijde CO₂-emissie. Van alle CO₂ die door toedoen van de mens in de atmosfeer terechtkomt, wordt over de hele wereld zo’n 7% veroor­zaakt door de productie van cement. Daarom is het noodzakelijk om de CO₂-emissie als gevolg van cementproductie fors te reduceren en uiteindelijk terug te brengen tot nul.

In vergelijking met de wereld en Europa heeft Nederlands beton veruit de laagste CO₂-voetafdruk, namelijk ongeveer 1,9% – en dat is inclusief buitenlandse emissies voor de productie van in Nederland toegepaste portlandcementklinker en cement. In de CO₂-Roadmap Cement en Beton in Nederland zetten we alle reductie-initiatieven van de cementindustrie voor Nederland op een rij. Daarnaast beschrijven we de geschatte emissiereducties van de aangrenzende sectoren in de betonketen.

Bron: In 2024 samengesteld door C&BC op basis van diverse bronnen met data van 2020

Er is zeer veel vraag naar cement en beton. Alleen al bij cement gaat het om een jaarlijkse productie van ruim 4 miljard ton. Daardoor zijn er veel grondstoffen nodig. Toch is het moeilijk om alternatieven te ontwikkelen voor cement op basis van portlandcementklinker. Die beperking kent twee oorzaken: de beschikbaarheid van grondstoffen en de chemische randvoorwaarden bij de productie. Daarom zijn met de bestaande grondstoffen en technieken de (Nederlandse) mogelijkheden voor een forse CO₂-reductie op de korte termijn beperkt.

Doordat er zo weinig alternatieven zijn, blijft de productie van cement ook in de komende decennia hoofdzakelijk gebaseerd op portlandcementklinker. Om toch de weg te kunnen inslaan naar CO₂-neutraal cement en beton, dienen we te kijken naar besparingen in de gehele keten: van de productie van portlandcementklinker tot aan de toepassing in de bouw en het hergebruik van beton. Daarnaast moeten we kijken naar de grootschalige afvang of opslag van CO₂ bij de productie van klinker. Het vrijkomen van de in kalksteen opgeslagen CO₂ is immers onvermijdelijk.

Lees in het volgende hoofdstuk de reductie die we denken te kunnen behalen en met welke maatregelen.

De roadmaps voor de Nederlandse betonketen voor 2030, 2040 en 2050 zijn in bovenstaande figuren overzichtelijk weergegeven. Wil je ze beter bekijken, download dan hier de roadmap als PDF. De genoemde percentages hebben betrekking op de emissies van de gehele betonketen ten opzichte van 1990. Bij het uitgangspunt van 4,25 miljoen ton CO₂-uitstoot in 1990 zijn de emissies inbegrepen die in het buitenland plaatsvonden voor de productie en transport van in Nederland toegepaste portlandcementklinker, cement en wapeningsstaal.

Naar verwachting kunnen we in 2030 een reductie van ruim 50% ten opzichte van 1990 realiseren. Voor een belangrijk deel bereiken we die dankzij CO₂-neutraal cement dat in 2030 al op relatief grote schaal beschikbaar is in Nederland. We verwachten dat in 2030 in Nederland 25% van de portlandcementklinker CO₂-neutraal is. Dat is ongeveer het dubbele van wat voor heel Europa wordt verwacht.

De CO₂-Roadmap Cement en Beton is onderverdeeld in de volgende fases van het productie- en bouwproces en de beheerfase: emissiereductie bij de productie van klinker, verlaging van het klinkergehalte in cement, verlaging van het cementgehalte in beton, efficiënter gebruik van beton in constructies en carbonatatie van beton gedurende en na de gebruiksfase.

Deze Nederlandse roadmap geeft een realistisch beeld van de emissiereducties die we in 2030, 2040 en 2050 kunnen bereiken. Voor al deze reducties zijn geen baanbrekende innovaties nodig. Wel van belang is dat de Europese Unie en de lidstaten de juiste randvoorwaarden scheppen voor alle benodigde maatregelen en investeringen. Denk daarbij aan een waterdicht Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM), een infrastructuur voor transport en opslag van CO₂, de financiering van projecten vanuit ETS-opbrengsten, de toegang tot CO₂-vrije energie en de verlening van noodzakelijke vergunningen.

Naar verwachting is in Nederland in 2030 al op relatief grote schaal CO₂-neutraal cement beschikbaar. Het in Nederland toegepaste cement en de portlandcementklinker die we naar Nederland importeren voor de productie van cement, komen hoofdzakelijk uit Duitsland en België. Bij twee Belgische cementfabrieken zijn inmiddels projecten begonnen die volledig de CO₂ afvangen die vrijkomt bij de productie van portlandcementklinker. Deze afvang wordt ook wel Carbon Capture & Storage (CCS) dan wel Carbon Capture & Utilization (CCU) genoemd. Daardoor produceren twee van de vier klinkerovens in België al vóór 2030 CO₂-neutrale portlandcementklinker. Cement dat met deze klinker wordt gemaakt, heeft een zeer bescheiden CO₂-profiel, dat vooral afhangt van het CO₂-profiel van de overige (hoofd)bestanddelen van het cement. Ook in Duitsland zijn CCU/CCS-projecten van start gegaan op productielocaties die voor Nederland relevant zijn. Deze zijn al vóór 2030 operationeel. Op basis daarvan schatten we dat in 2030 25% van de portlandcementklinker in Nederland CO₂-neutraal is. Dat is ongeveer het dubbele van wat voor heel Europa wordt verwacht. Voor 2040 gaan we – in lijn met de roadmap van CEMBUREAU  – uit van CO₂-afvang bij ruim 50% van de Europese klinkerovens en voor 2050 bij ruim 75%. Lees dit artikel over de ontwikkeling in België of download hier de roadmap CO₂-reductie voor cement en beton in Nederland voor meer achtergrondinformatie over CCU/CCS.

En als we nu een andere klinker ontwikkelen dan portlandcementklinker, om zo de CO₂-uitstoot te reduceren? Met die gedachte zijn inmiddels diverse alternatieven in ontwikkeling.

Een daarvan is calciumsulfoaluminaat-belietcementklinker. Voor deze klinker is minder calcium en een lagere brandtemperatuur (van circa 1250°C) nodig. Daarmee is een CO₂-reductie van zo’n 25% tot 30% te realiseren. Omdat het productieproces en de sterkteontwikkeling vergelijkbaar is, kan deze klinker gewoon cement vervangen in (constructief) beton. Maar we kunnen deze klinker minder eenvoudig combineren met grondstoffen zoals tras of slak. Nederland werkt momenteel aan regelgeving voor de toepassing van deze klinker in constructief beton.

Een andere interessante klinker is wollastoniet. Wollastoniet kan ook worden geproduceerd met behulp van de gebruikelijke grondstoffen en installaties. Ook voor de productie van wollastoniet is minder kalk en een lagere brandtemperatuur (circa 1250°C) nodig. Daardoor is de uitstoot tijdens productie ongeveer 30% lager in vergelijking met de productie van portlandcementklinker. Bovendien neemt wollastoniet tijdens de verharding circa 30% CO₂ op, zodat de totale besparing ten opzichte van portlandcement circa 60% bedraagt.
De sterkteontwikkeling is zeer snel, maar de maximale dikte is 200 mm in verband met het kunnen indringen en reageren van de CO₂, wat bovendien in een klimaatkamer met zuiver CO₂ moet gebeuren. Verder is de pH van ongeveer 9 te laag voor toepassing in constructief beton, vanwege het risico op wapeningscorrosie. Voor betonwaren lijkt wollastoniet evenwel een interessant alternatief voor regulier cement.

Er is CO₂-behandeling mogelijk van gerecycled cementsteen dat afkomstig is van selectieve breektechnieken. Daarmee kunnen we niet alleen CO₂ vastleggen, er ontstaat ook een grondstof voor de cementproductie, waarmee we portlandcementklinker gedeeltelijk kunnen vervangen. Ook natuurlijke mineralen zoals olivijn en basalt zijn geschikt voor eenvoudige carbonatatie zodra ze worden gemalen. Daarbij nemen ze tot 20% van de procesemissies op. Vervolgens kunnen we ze toepassen als klinkervervanger. In de roadmap hebben we alleen rekening gehouden met recycling van cementsteen.

Met nieuwe breektechnieken kunnen we beton – met een extra bewerking voor de cementsteen – tot de oorspronkelijke grondstoffen terugbrengen.  Door op deze manier selectief te breken, komt de cementsteen als poeder vrij. Daarna moeten we deze aparte materiaalstroom nog wel fijner malen, maar dan kan die uitstekend dienen als grondstof voor nieuw cement.

Voor het maken van nieuw cement zijn er vervolgens twee mogelijkheden: gebruik van de cementsteen als grondstof voor de productie van portlandcementklinker of gebruik als hoofdbestanddeel van cement. De gerecyclede cementsteen (RCF) kan kalksteen en klei vervangen bij de productie van portlandcementklinker, de basisgrondstof voor cement. Toch is het milieutechnisch interessanter om RCF in te zetten als hoofdbestanddeel van cement. Voor toepassing in cement is hiervoor sinds juni 2023 een Europese norm beschikbaar: EN 197-6 – Cement with recycled building materials. RCF mag daarbij afhankelijk van het type cement tot 35% klinker vervangen.

Lees via de link meer over gerecycled cement.

Als we spreken over de optimalisatie van de betonsamenstelling, dan moeten we denken aan onder meer korrelpakkingoptimalisatie, acceptatie van langere verhardingstijden en nieuwe hulpstoffen waarmee we het cementgehalte in beton kunnen verlagen. Onze schatting voor reductie in 2030 bedraagt 1,6%, met name dankzij optimalisatie van de korrelpakking.

Daarnaast doen we nog zelden aan optimalisatie van de korrelpakking van de toegepaste poeders (cement en eventuele vulstoffen). Door te werken met zogenaamde korrelpakkingsmodellen kunnen we een hogere pakkingsdichtheid bereiken. Deze modellen houden namelijk rekening met meer factoren dan alleen de korrelgradering. Dat heeft positieve gevolgen: een hogere pakkingsdichtheid betekent dat er minder cementlijm nodig is en dus ook minder cement bij gelijkblijvende sterkte. Lees meer hierover in het artikel ontwerpparameters extreme korrelpakking voor duurzaam beton.

De bijdrage van de optimalisatie van de betonsamenstelling neemt nog toe tot 2040. Voor 2050 rekenen we met een lagere bijdrage, als gevolg van het toenemend aandeel CO₂-neutraal cement.

Transport van grondstoffen naar de betonproducent en beton naar de bouwplaats droeg in 2010 18% bij aan de totale CO₂-emissie. In de roadmap schatten we dat we in 2030 een reductie van 20% kunnen bereiken ten opzichte van 2010. Die komt tot stand door een combinatie van efficiëntere motoren, bio­brand­stoffen en CO₂-neutraal transport. Voor 2040 voorzien we een reductie van 60% ten opzichte van 2010. Voor 2050 rekenen we in de roadmap met een reductie van 90%.

In Nederland recyclen we beton al vele decennia volledig. Het gerecyclede beton vindt vervolgens zijn weg in allerlei vormen van nuttig hergebruik. Zo hergebruiken we regulier betongranulaat als toeslagmateriaal in nieuw beton. Daarnaast is het een gewild fundatiemateriaal, dat primair zand en cement vervangt.

Door nieuwe ontwikkelingen kunnen we de circulariteit van cement en beton naar een nóg hoger niveau tillen. Zo is er begin 2024 een richtlijn uitgevaardigd voor her­gebruik van constructieve prefab-betonelementen (CROW-CUR Richtlijn 4:2023). Dankzij deze richtlijn wordt de vraag naar nieuw beton verder beperkt.

Door optimalisatie van het ontwerp in efficiënter betongebruik, kunnen we de hoeveelheid beton in constructies verlagen. Daardoor besparen we naar verwachting 4% in 2030 en ruim 5% in 2040.  Vanwege de sterke daling van het CO₂-profiel van beton voorzien we voor 2050 een lagere besparing.

Bekijk via deze link een aantal videopresentaties over duurzaam beton door slank construeren, de opnames zijn gemaakt bij een symposium dat Cement&BetonCentrum in maart 2024 samen met de platforms Tektoniek en Cement organiseerde. De presentaties zijn integraal beschikbaar en de onderwerpen nog steeds zeer vernieuwend en actueel.

Bovendien kan beton een forse besparing in het energieverbruik opleveren, door de thermische massa optimaal te benutten (zie kader). Deze besparing is geen onderdeel van de roadmap.

Een gebouw of woning van beton heeft minder energie nodig voor verwarmen en koelen dan gebouwen of woningen die uit lichtere materialen zijn opgetrokken. Dat is dankzij de thermische massa van beton. Die maakt het mogelijk dat beton relatief veel energie kan opslaan – energie die we er ook weer aan kunnen onttrekken.

Beton werkt op die manier als een buffer: de piektemperaturen van buiten worden afgevlakt en vertraagd naar binnen afgegeven. Zo ontstaat een stabiel binnenklimaat, dat we ervaren als behaaglijk. Daarnaast resulteert het in een lager energie­gebruik, want het is minder nodig om de binnentemperatuur vaak en/of extreem te verhogen of te verlagen. De dempende werking van beton kan voor verwarmen en vooral koelen een energiebesparing opleveren van 10% ten opzichte van lichte constructies.

Jaarlijks wordt 23 % van de CO₂-emissie als gevolg van de calcinatie van kalksteen permanent vastgelegd in beton. Dat komt overeen met 8% van de totale CO₂-emissie als gevolg van de productie van cement. Hoe komt deze vastlegging tot stand? Dat is het gevolg van de reactie van CO₂ uit de lucht met vooral calciumhydroxide (Ca(OH)₂) in de cementsteen. Calciumhydroxide is een zout dat ontstaat bij de reactie van cement met water. Daardoor ontstaat weer kalksteen. Deze reactie noemen we carbonatatie.

We kunnen de opname van CO₂ door beton zelfs verder versterken. Een methode daarvoor is het beluchten van betongranulaat met de rookgassen van klinkerovens. De hogere CO₂-concentratie en temperatuur dragen eraan bij dat meer dan 50% van de CO₂-emissie als gevolg van de calcinatie wordt opgenomen. In deze roadmap hebben we uitsluitend gerekend met de natuurlijke CO₂-opname door carbonatatie van beton en betongranulaat.

De productie van wapeningsstaal en bouw- en sloopwerkzaamheden droegen in 2010 beide 11% bij aan de totale CO₂-emissie van de betonketen. Ook voor deze onderdelen zal tot 2030 CO₂-reductie plaatsvinden. Toch hebben we er niets voor gerekend omdat we geen goede schatting kunnen maken van de reductie. Voor 2040 is onze conservatieve schatting dat we voor deze onderdelen een CO₂­-reductie van 50% kunnen bereiken. Voor 2050 rekenen we met een reductie van 90%.