Wie Forscher Beton zum Klimaretter machen
Beton ist der meistverwendete Baustoff der Welt und einer der grössten Klimasünder. Ein europäisches Forschungsteam mit Empa und ETH Zürich will das ändern. Nicht weniger Beton ist das Ziel, sondern ein gedruckter, zementfreier und sogar CO₂-negativer Baustoff, der sich reparieren und wiederverwenden lässt.
Photo: Empa
Das EU-Projekt CARBCOMN, gestartet 2024 und gefördert im Rahmen von Horizon Europe mit rund sechs Millionen Euro, verfolgt einen radikalen Ansatz. Statt mehr Material einzusetzen, optimieren die Forschenden die Form. Das Prinzip nennt sich «compression dominant structures»: Betonbauteile werden so gestaltet, dass sie fast ausschliesslich auf Druck beansprucht werden, ähnlich wie die Bögen historischer Steinbrücken. Beton hält Druck gut aus, Zugkräfte aber kaum. Wer das konsequent ausnutzt, braucht weniger Material und weniger Bewehrung.
Gedruckt, nicht gegossen
Digitale Fertigung macht Formen möglich, die mit traditioneller Schalung undenkbar wären. Der Roboter druckt den Beton schichtweise und lässt Hohlräume dort frei, wo keine Verstärkung nötig ist, direkt gesteuert durch das digitale Modell. Das spart nicht nur Material, sondern reduziert auch die seismische Belastung proportional zum Gewichtsverlust. In erdbebengefährdeten Regionen ist das ein entscheidender Vorteil.
Kein Zement, kein Problem
Der Beton des CARBCOMN-Projekts enthält keinen Zement. Als Bindemittel dient Stahlschlacke, ein Nebenprodukt der Stahlindustrie. Nach dem Druck kommen die Bauteile in eine Kammer, in der CO₂ injiziert wird. Die Reaktion mit der Schlackemischung härtet den Beton und bindet das Treibhausgas dauerhaft. Das Resultat ist ein Baustoff mit negativer CO₂-Bilanz, der ausschliesslich aus Industrieabfällen besteht.
Metall mit Gedächtnis
Ganz ohne Bewehrung kommt dieser Beton nicht aus, jedoch mit einer Spezialität der Empa seit rund 20 Jahren, der eisenbasierte Formgedächtnislegierungen (Fe-SMA). Diese vorgedehnten Metallstäbe ziehen sich beim Erhitzen zusammen, statt auszudehnen und spannen so das Bauteil nachträglich vor. Sie werden erst nach dem Druck eingesetzt, stören den automatisierten Prozess nicht und lassen sich später vom Beton trennen. Das Empa-Spinoff re-fer bringt diese Technologie direkt ins Konsortium ein.
Gebaut für die Demontage
Was gebaut wird, soll auch wieder abgebaut werden können. Die einzelnen Betonmodule sind als diskrete Blöcke konzipiert, die sich lösen, transportieren und andernorts neu zusammensetzen lassen. Zaha Hadid Architects und Mario Cucinella Architects entwickeln gemeinsam mit den Ingenieurteams freigeformte Strukturen, die dieses Kreislaufprinzip architektonisch ausdrücken. Bis 2028 soll ein realer Prototyp beweisen, dass Betonbau auch so aussehen kann.