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Krasse Masse

Auf der Suche nach dem Bio-Beton

Von Juliane Wiedemeier
© plainpicture/André Schuster, F.A.S.

An der Großbaustelle im Berliner Norden kleben drei Kleinkinder und sind keinen Meter weiterzubewegen. Kein Wunder, wartet auf der Straße davor doch eine beeindruckende Zahl an Betonmischern. Acht Wagen haben sich in einer Schlange angestellt, während mit Hilfe eines großen Schlauchs aus dem neunten grauer Brei in die Baugrube gepumpt wird.

Für die Kinder ist das spannender als jedes Fußball-Weltmeisterschaftsfinale, das die gelangweilt dabeistehenden Väter in diesem Moment offensichtlich vorzögen. Dass auf diesem Fundament in den kommenden Monaten 200 neue, dringend benötigte Wohnungen entstehen, mag sie vielleicht noch interessieren. Doch der Baustoff, der hier gerade angeliefert wird, erscheint unspektakulär. Beton gibt es schließlich überall. Jedes Jahr werden etwa 12 Milliarden Kubikmeter davon verbaut – in Säulen gegossen mit einem Quadratmeter Grundfläche, käme man damit 30 Mal von der Erde bis zum Mond.

Flexibilität und Beständigkeit machen Beton beliebt

Die große Beliebtheit erklärt sich mit seiner Flexibilität und Beständigkeit. Erst flüssig kann man ihn in die unterschiedlichsten Formen gießen. Einmal getrocknet, lässt er sich über viele Jahre von Wind, Wetter, Hitze oder Kälte wenig anhaben. Doch sein Einsatz hinterlässt Spuren auf der Erde. Auf jede Tonne frisch angerührten Betons kommen etwa 100 Kilogramm freigesetztes Kohlenstoffdioxid. Fünf Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes gehen damit auf sein Konto. Zudem sorgt er für Knappheit bei den Rohstoffen Sand und Kies.

Dennoch: „Im Vergleich mit anderen Baustoffen schneidet Beton in der Ökobilanz eigentlich gut ab“, meint Claus Asam, Referent für Bauen und Umwelt beim Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR). Doch die schiere Masse sorge dafür, dass Forscher aus aller Welt nach Verbesserungen und Alternativen suchten.

Materialien, die Beton ähneln, waren schon bei den Babyloniern und den alten Römern in Gebrauch. Im Pantheon in Rom findet man die Vorläufer ebenso wie in der Chinesischen Mauer. Die Basis für den heutigen Beton wurde jedoch erst Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckt, hört auf den Namen Portland-Zement und besteht aus einer Mischung aus Ton, Sand, Eisenerz und Kalkstein. Letzterer wurde auf der Halbinsel Portland an der englischen Kanalküste abgebaut und gab dem Gemenge seinen Namen.

Beton ist eine Art künstlich hergestellter Stein aus Kies, Sand und Wasser. Zement ist der Klebstoff, der alles zusammenhält. Damit das funktioniert, müssen seine Bestandteile bei knapp 1500 Grad Celsius erhitzt und danach zu einem feinen Pulver gemahlen werden. Das gebrannte Material nennen Experten Zementklinker. „Er ist das Hauptproblem“, erklärt Asam. Denn um den Zement auf so hohe Temperaturen zu bringen, müssen Rohstoffe verbrannt werden, was Kohlendioxid in die Atmosphäre pumpt. Zudem setzt die große Hitze bisher gebundenes CO2 aus den Zementbestandteilen frei. „In der Vergangenheit wurde bereits viel gemacht, um diesen Ausstoß zu begrenzen“, sagt Asam. Drei Stellschrauben unterscheidet er, an denen Forscher bis heute drehen.

Alternative Brennstoffe sind gefragt

Die erste ist das Einsparen von Primärrohstoffen wie Kohle für das Zementbrennen. Dank des Einbaus von Luftfiltern landen mittlerweile Alternativen wie Altreifen oder Tiermehl im Ofen. Laut des Vereins Deutscher Zementwerke (VDZ) werden in Deutschland etwa zwei Drittel des Energiebedarfs durch alternative Brennstoffe gedeckt. Das ist mehr als doppelt so viel wie noch im Jahr 2000. Zudem fand man heraus, dass der Zement besser klebt und daher weniger von ihm benötigt wird, wenn man den Klinker feiner mahlt. Bessere Technik macht das möglich. Und als Drittes wird versucht, die Temperatur für die Herstellung des Klinkers sowie seinen Anteil am Beton zu reduzieren. Dafür müssen die Rezepturen verändert werden.

Starkes Team: Beton und Stahl
© Reuters, F.A.S.

Bereits üblich ist es, den Zement mit Hüttensand, einem Abfallprodukt aus der Stahlindustrie, oder Flugasche von der Steinkohleverbrennung zu strecken. „Wie beim Kokain“, kommentiert Asam. Über die Jahre sei es mit Hilfe dieser sogenannten Komposit-Systeme gelungen, den Anteil an Zement im Beton von 30 auf 20 Prozent zu senken. Dass dieser aktuell für fünf Prozent des CO2-Ausstoßes verantwortlich ist, ist damit schon ein Erfolg. Ein Grund, sich zurückzulehnen, ist es aber nicht.

So sieht das auch Tilo Proske. Der Bauingenieur ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität Darmstadt und auch in Marketing-Dingen bewandert. Wer www.oekobeton.de in seinen Browser eingibt, landet auf der Website seines Lehrstuhls. Um den Umweltfeind Beton auf Öko zu trimmen, setzt Proske auf mehr Kalkstein im Zement. „Der ist weltweit verfügbar“, sagt er. Lange Wege, die wiederum die Umwelt belasteten, fielen damit weg.

Stahl und Beton sind ein perfektes Team

Den Kalk fügt Proske als einen Bestandteil zu seinem Zement hinzu. Wie viel es davon sein darf, ohne dass die Standhaftigkeit des Baustoffes darunter leidet, ist Kern seiner Experimente. Bereits verwendet wird ein Verhältnis von 20 Prozent Kalkstein zu 80 Prozent Zementklinker. Im Labor haben aber auch 35 Prozent Kalk, 30 Prozent Hüttensand und nur 35 Prozent Klinker gut funktioniert. Damit diese Mischung marktreif werde und den strengen Prüfungen der Bauaufsicht genüge, bedürfe es zwar weiteren Feintunings, meint Proske. Dass es noch Verbesserungsmöglichkeiten gibt, ist für ihn aber sicher.

Einen anderen Weg zum Schutz der Umwelt verfolgt aktuell ein Megaforschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 45 Millionen Euro bezuschusst wird und unter Fachleuten lässig als „C3“ firmiert. Das ist die Abkürzung für „Carbon Concrete Composite“, also einen Verbund aus Beton und Kohlenstofffasern.

Auf Baustellen ist Beton meist nicht allein im Einsatz, sondern in Verbindung mit Stahl. Dass diese beiden Stoffe das perfekte Team abgeben, entdeckte der Gärtner Joseph Monier, als er in seine brüchigen Pflanzkübel aus Zementmörtel Eisengeflecht einzog und somit deren Lebensdauer erheblich verlängerte. Beton und Stahl dehnen sich bei Hitze in gleichem Maße aus. Zudem hindert der Beton den Stahl am Rosten. 1867 erhielt Monier auf diese Kombination ein Patent. Ende des 19. Jahrhunderts hielt das System im Baugewerbe Einzug.

Weniger Material bei längerer Lebensdauer

Genau daran möchte C3 etwas ändern, indem es den Stahl durch Kohlenstofffasern ersetzt. Diese rosten nicht und versprechen im Zusammenspiel mit Beton eine höhere Festigkeit, weshalb Wände und Pfeiler dünner gebaut werden könnten. Weniger Material bei längerer Lebensdauer – auch so könnte man die Umwelt schonen. In fünf Jahren soll eine industrielle Herstellung möglich sein. Kritiker sorgen sich jedoch, ob das System Brandschutzvorschriften genügt und angesichts des hohen Preises von Kohlenstofffasern überhaupt für den Massenmarkt taugt.

Ebenfalls noch in der Testphase ist etwas, das die spanische Biologin Sandra Manso Blanco „bio-receptive concrete“ nennt. Die Idee, die Manso Blanco im Rahmen ihrer Doktorarbeit entwickelte, scheint simpel: Nachdem die Häuser während ihres Baus für zusätzliches CO2 in der Atmosphäre gesorgt haben, sollen sie, statt in den kommenden Jahrzehnten nur herumzustehen, wieder etwas von dem Gas aufnehmen. Dabei helfen sollen Moose, Flechten und Pilze, deren Sporen als äußerste Schicht einer Betonwand aufgetragen werden. So entstehen lebende, atmende Wände, die auch optisch etwas hermachen, wenn die Pflanzen im Laufe eines Jahres ihre Farbe wechseln. An der Londoner Bartlett School of Architecture forschen aktuell Biologen, Architekten und Ingenieure, wie die Gewächse dauerhaft auf dem unwirtlichen Beton überleben können.

Recycling ist im Betongewerbe angekommen

Doch muss man es so kompliziert machen, damit der Beton sich seines CO2-Ausstoßes wieder annimmt? Ende des vergangenen Jahres machte ein Forscherteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shenyang auf sich aufmerksam, als es verkündete, dass der Baustoff im Laufe seines Lebens automatisch wieder Kohlenstoffdioxid absorbiere. In den vergangenen 80 Jahren seien 43 Prozent des beim Klinkerbrennen freigesetzten CO2 wieder in Stahlbetonwänden verschwunden, berechneten sie. Claus Asam vom BBSR nennt das jedoch eine Milchmädchenrechnung: „Der Prozess ist unkontrolliert und so langsam, dass er in der Bilanz keine Rolle spielt.“

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Stattdessen bringt er noch eine andere Idee ins Spiel: Recycling. Was bei anderen massenhaft verbreiteten Gütern wie Glas und Papier gut funktioniert, ist mittlerweile auch im Betongewerbe angekommen. Treibende Kraft dahinter sind knappe Ressourcen wie Sand und Kies. Während in Deutschland die Gletscher der Eiszeiten ausreichend Gestein kleingemahlen haben, herrscht daran in Asien, aber auch in alpinen Ländern wie der Schweiz Mangel, so dass aus abgerissenen Gebäuden Bestandteile für die neue Betonerstellung geborgen werden.

Ohne die abermalige Zugabe von Zement und die damit einhergehende Luftverschmutzung ist dieser Prozess der Wiederverwertung jedoch nicht möglich. Schließlich ist er es, der die verschiedenen Elemente zusammenklebt. Doch warum sollte man festen Beton überhaupt auseinanderbrechen? Asam selbst hat vor ein paar Jahren ein Projekt angeschoben, das mit dem Recycling ganzer Betonmodule experimentiert.

Die Idee entstand, als überall im Osten Deutschlands Plattenbauten demontiert und abgerissen wurden. Deren Platten wurden gesichert und testweise für einen Ausstellungspavillon in Berlin-Mitte neu zusammengeschraubt. Später folgten Einfamilienhäuser und eine Kulturwerkstatt auf dem Tempelhofer Feld. Bevor sich die Idee jedoch weiterverbreiten konnte, zogen wieder mehr Menschen in die Städte, die alten Plattenbauten wurden als Wohnraum benötigt und standen als Baustoff nicht länger zur Verfügung.

Doch die Idee hat Potential. „Es ist denkbar, Häuser aus wiederverwertbaren Modulen zu konstruieren“, sagt Asam. Allerdings müssten diese so vielseitig verwendbar sein, dass sie auch in hundert Jahren noch in der dann aktuellen Architekturmode ihren Platz fänden.

Dass Beton dann nicht mehr als Baustoff der Stunde gelten könnte, scheint hingegen ausgeschlossen. Im Sinne der Umwelt braucht es aber Lösungen. Spannende Ansätze gibt es genug.

Quelle: F.A.S.
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