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Das deutsche Klimaschutzgesetz gibt dem Gebäudesektor ehrgeizige Ziele vor. Bis zum Jahr 2030 sollen die Emissionen um 65 Prozent gegenüber 1990 zurückgehen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen besteht im Einsatz umweltfreundlicher Baustoffe. Experten sprechen bereits von „grünem Beton“. Was das ist, wie und wo er bereits eingesetzt wird, lesen Sie in diesem Beitrag.

Auf der Suche nach Wegen, die Erderwärmung zu verlangsamen, untersuchten Wissenschaftler kürzlich die Bauweise der Römer, die bereits vor 2.000 Jahren Gebäude aus Beton schufen, von denen einige bis heute erhalten sind. Zu den bekanntesten gehört der Pantheon-Tempel in Rom, erbaut von Kaiser Hadrian im Jahr 125 nach Christus, dessen Kuppel mit einem Durchmesser von 43,3 Metern als bis heute größte aus Zement gilt. Sie überstand zwei Erdbeben.

Bild: pixabay/djedj

Die Untersuchungen ergaben, dass die erstaunliche Festigkeit des Betons der Antike auf die Zugabe von Vulkanaschen zurückzuführen ist. Ihr „Opus caementicium“ erhitzten die Römer auf „nur“ 900 Grad, während der Beton unserer Zeit, der lange nicht dieselbe hohe Dichte aufweist, mit bis zu 1.450 Grad gebrannt wird. Bei einem Bedarf von aktuell rund 20 Milliarden Tonnen des Baustoffs würde die Senkung der Brenntemperatur zu einer signifikanten CO2-Ersparnis führen.

Beton gilt als wichtigstes Baumaterial weltweit und die Nachfrage steigt ständig. Größter Produzent ist China, laut Handelsblatt* wurde dort innerhalb von drei Jahren mehr Beton verbraucht als in den USA in 100 Jahren. Bisher konnten sich nur wenige Alternativen durchsetzen, lediglich Holz als nachwachsender Rohstoff gewinnt an Bedeutung, ist aber kein Ersatz. Um die hohen CO2-Emissionen bei der Produktion von Beton zu reduzieren, kommen neue Technologien zum Einsatz. Eine Option ist die Befeuerung der Öfen durch Abfälle statt wie bisher mit Öl oder Kohle. Eine weitere, deutlich kostenintensivere, ist das Ableiten von CO2 in den Untergrund. Norwegen will CO2-Abfall in Ölfeldern im Meeresboden endlagern. Abgefangenes CO2 könnte aber auch zur Herstellung von synthetischem Kraftstoff genutzt werden oder zur erneuten Betonproduktion. Die Reduktion von Kalk im Zement dient ebenfalls der Dekarbonisierung. LC3 ist eine neuartige Rezeptur aus gebranntem Ton und gemahlenem Kalk, die den CO2-Ausstoß deutlich vermindert. Dieser Ton wird nur auf 800 Grad erhitzt und gibt dabei keinerlei Treibhausgase ab. Als zukunftsweisend gilt die Entwicklung eines Komposits, für das Carbonfasern aus Algen mit hauchdünnen Granitplatten vereint werden. Bei dem chemischen Entstehungsprozess wird mehr CO2 gespeichert als freigesetzt. Der neuartige Baustoff ist leichter als Aluminium, aber stark wie Stahl.

Die Zukunft liegt in der Technisierung

In der additiven Fertigung sehen WissenschaftlerInnen viel Potenzial, beim Bau Material einzusparen. Mittels digitaler Planung wird ermittelt, an welchen Stellen im Bauteil tatsächlich Beton benötigt wird. Allein dadurch lassen sich bis zu 70 Prozent an Material einsparen. Trug man bisher im 3D-Druckverfahren Beton in Schichten massiv horizontal auf, plant man neuerdings mit leichten räumlichen Gitterstrukturen, die sich besonders für Brücken oder Dachtragwerke eignen. Sie werden in Fabriken produziert und vor Ort aufgebaut. Diese Herstellungsweise ermöglicht zudem völlig neue Geometrien in der Architektur.

Bild: chiarabecattini/holcim

Im Sommer 2021 zeigte die Design Group von Zaha Hadid Architects auf der Architektur-Biennale in Venedig die erste 3D-gedruckte Bogenbrücke aus Beton (Bild oben). Für die Herstellung von „Striatus“ wurde rund 70 Prozent weniger Material benötigt, als bei herkömmlicher Bauweise zum Einsatz gekommen wäre. Der Bau dauerte weniger als 24 Stunden. Bei der hier vorgestellten Art des Beton-Drucks entstehen additive Bauteile aus Zweikomponenten-Betontinte, die rein über Kompressionskräfte zusammengehalten werden. Die Konstruktion kommt ohne Mörtel und Armierungsstahl aus. Der Spezialbeton soll in Zukunft für bezahlbare Wohnprojekte in Afrika genutzt werden.

Neuartige Zusätze im Beton verlängern die Haltbarkeit von derzeit rund 80 Jahren deutlich. Durch die besondere Rezeptur von Ultrahochleistungsbeton (UHPC) können Bauteile filigraner gestaltet werden, das spart Material und folglich Energie. Bisher fehlen in Deutschland Normen und Genehmigungen, daher wird Ultra-Hochleistungs-Faserbeton noch selten verwendet, meist zur Sanierung von Brückenbauten. Europäische Nachbarländer arbeiten aber bereits mit ultrahochfestem Beton im Hochbau für tragende Bauteile und Fassaden.

Bild: pixabay/Denistriademerignac

Bis auf zwei verglaste Fassaden ist das MuCEM in Marseille (Bild) von einer gitterartigen Konstruktion aus Ultra-Hochleistungsbeton umhüllt, die an die Netze der heimischen Fischer erinnern soll. 

Es wird erwartet, dass sich die Zementproduktion in den nächsten 20 Jahren verdoppelt. Experten schätzen, dass durch Modifikationen im Energie- und Materialverbrauch rund 80 Prozent der heutigen Emissionen verhindert werden können. Die Vision der Europäischen Union und der Vereinigten Staaten ist es, bis 2050 „Netto-Null“ zu erreichen. Geo Engineering-Technologien wie etwa die Gewinnung von Bioenergie aus gespeicherter Kohlenstoffabscheidung (BECCS) oder direkter Luftabscheidung (DAC) sind allerdings noch unerprobt und gelten als riskant. Stattdessen werden durch den Abbau der Infrastruktur für fossile Brennstoffe Treibhausgasemissionen sicher und nachhaltig vermindert. Die japanische Energieforschung fokussiert sich auf die Herstellung von Wasserstoff als Ersatz. Das Leuchtturmprojekt „Concrete Chemicals“ aus Brandenburg plant für 2025 die Inbetriebnahme einer Anlage zur klimaneutralen Zementproduktion, die das emittierte CO2 in grünes Methanol und synthetische Kraftstoffe umwandelt. Das neue Werk wird zu 100 Prozent mit erneuerbarem Strom aus Windenergie- und Solaranlagen betrieben.

Auch in der Baubranche gibt es viele Wege, die letztlich zu dem gemeinsamen Ziel führen, unser Leben „grüner“ zu gestalten. Das Erbe der Römer erinnert uns daran, dass der nachhaltige Umgang mit Ressourcen für unzählige Generationen nach uns sichtbar bleibt.

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Text: Birgit Unger

Bild: pixabay/Gert Altmann