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La production de béton, le matériau de construction numéro un, génère entre 6 % et 9 % des émissions de CO² d'origine humaine dans le monde. On comprend donc pourquoi il est si urgent de trouver une alternative plus respectueuse du climat.
Une équipe du KIT vient de mettre en service une installation pilote qui permet de fabriquer des clinkers de ciment dits "Belit" à partir de béton recyclé. Tout comme Alit, le terme Belit est utilisé pour distinguer les types de clinker contenant de faibles quantités d'oxyde d'aluminium, de fer et de magnésium ainsi que des alcalis, des silicates purs.
Le facteur déterminant est avant tout la fabrication du produit de départ, le ciment, explique Peter Stemmermann de l'Institut de chimie technique (ITC) du KIT. "Le ciment Portland typique est composé en grande partie de clinker, qui est cuit à partir de calcaire au cours d'un processus à forte consommation d'énergie". Mais son équipe n'utilise qu'une petite partie de calcaire et davantage de béton recyclé.
Four rotatif à haute efficacité énergétique, injection de CO2 dans le béton
En outre, l'équipe du KIT a pu réduire les besoins énergétiques du procédé en utilisant une technique de cuisson entièrement électrique pour la fabrication du clinker Belit, fonctionnant à l'énergie renouvelable. "Au lieu de 1400 °C, nous nous contentons d'une température de processus de 1000 °C dans le four rotatif", explique Stemmermann. Cela permet de réduire de 40 % la consommation d'énergie par rapport à la fabrication traditionnelle de clinker.
Autre point fort : "Les émissions de CO² inévitables issues de la réaction du calcaire dans le four de cuisson sont captées et liées dans le béton recyclé lors d'une deuxième étape du procédé", explique Stemmermann. Cette deuxième étape du processus doit compléter l'installation pilote dans une future phase d'extension. Actuellement, l'installation pilote produit environ 100 kg de clinker par jour.
La neutralité carbone grâce à des granulats innovants
L'installation pilote doit démontrer que la réutilisation des matériaux de construction peut être rentable. La base est le recyclage du béton, explique Rebekka Volk de l'Institut de gestion industrielle et de production industrielle du KIT, qui développe le cycle des ressources en collaboration avec l'équipe de l'ITC. "Au lieu d'enfouir des restes de grande qualité ou de les utiliser pour la construction de routes, nous utilisons les bâtiments en fin de vie comme ressource pour produire à nouveau un matériau de construction de grande qualité". Dans ce cadre, il est désormais possible d'utiliser des déchets de béton à grain particulièrement fin, qui étaient jusqu'à présent généralement mis en décharge.
Ce n'est que par la carbonation des granulats que le béton recyclé de Karlsruhe devient climatiquement neutre. Pour ce faire, le CO² issu de la production de clinker est utilisé pour durcir les déchets de béton à gros grains. Le gaz climatique peut ainsi être lié à long terme. Grâce à l'utilisation supplémentaire de la chaleur de processus provenant de la production de clinker, cette étape du procédé dans un réservoir sous pression est également particulièrement efficace sur le plan énergétique. "Il en résulte un granulat de grande qualité", souligne Stemmermann. "Nous avons pu démontrer sans aucun doute que la carbonatation améliore la microstructure des granulats en réduisant leur porosité".
"La nouvelle installation pilote pour le béton recyclé est un nouveau jalon pour une meilleure protection du climat et une plus grande efficacité des ressources dans le secteur de la construction. Ainsi, des objectifs importants d'une économie circulaire régionale deviennent également possibles dans la production de béton - comme l'économie de matières premières naturelles, la prévention des déchets et la réduction des transports", a déclaré Andre Baumann, secrétaire d'État au ministère de l'Environnement, du Climat et de l'Énergie, lors de l'inauguration de l'installation pilote.