So soll der „Cube“ in Dresden – das weltweit erste Haus aus Carbonbeton – aussehen, wenn er fertig ist.
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So soll der „Cube“ in Dresden – das weltweit erste Haus aus Carbonbeton – aussehen, wenn er fertig ist.

Am Bau

In Dresden wird der Beton neu erfunden

  • Joachim Wille
    VonJoachim Wille
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Der Bauingenieur Frank Schladitz und sein Forschungsteam ersetzen den Stabilisator Stahl durch Carbon. Das macht Gebäude und Brücken langlebiger – und entlastet Umwelt und Klima.

Beton – es kommt darauf an, was man daraus macht. Frank Schladitz interpretiert diesen über zwei Jahrzehnte alten Slogan aus der Bauindustrie ganz neu. Der Dresdner Bauingenieur will den weltweit meistgenutzten Baustoff, ohne den es weder Hochhäuser und Autobahnbrücken noch große Tunnel gäbe, viel haltbarer und klimafreundlicher machen, als er heute ist. „Beton ist ein geniales Baumaterial, aber er kann noch viel besser werden“, sagt er.

Der Baustoff Beton ist, anders als viele denken, ein sehr altes Material. Schon die Phönizier vermischten vor 3000 Jahren Mörtel mit vulkanischem Gestein, um ein formbares, nach dem Aushärten druckfestes Material zu gewinnen. Seinen weltweiten Siegeszug begann der Baustoff um 1900, als der Franzose Joseph Monier den Stahlbeton erfand. Erst durch die Verstärkung des Betons mit Stahl in Form von Stäben oder Matten („Moniereisen“) kann er hohe Zugkräfte aufnehmen und die vielfältigen Nutzungen, die man heute kennt, wurden möglich.

Frank Schladitz leitet am Institut für Massivbau der TU Dresden Deutschlands größtes Bauforschungsprojekt „C3“ (Carbon Concrete Composite).

Doch der Siegeszug hat eben auch große Nachteile. Neben ästhetischen Fragen einer „betonierten Welt“ geht es vor allem um zwei Themen: Erstens ist die Lebensdauer von Betonbauten begrenzt, meist müssen sie schon nach 40 bis 80 Jahren wegen der Korrosion der Eisenbewehrung abgerissen und ersetzt werden – teuer und lästig, wie man von den vielen sanierungsbedürftigen Autobahnbrücken weiß. Zweitens ist Beton ein echter Klimakiller. Fünf Prozent des weltweiten Treibhausgasausstoßes gehen auf ihn zurück. Alleine die Herstellung des Bindemittels Zement verursacht weltweit pro Jahr rund 2,4 Milliarden Tonnen CO2, dreimal so viel wie der globale Flugverkehr (vor Corona). Auch die Herstellung des Stahls ist mit hoher Klimabelastung verbunden. Hinzu kommt, dass der zweite Hauptrohstoff des Betons, Sand, wegen des weltweiten Baubooms knapp wird.

Forschungsprojekt C3: Mit Carbonbeton kann schlanker und haltbarer gebaut werden

Schladitz sagt: „Carbonbeton kann einen wesentlichen Beitrag liefern, um diese Probleme zu entschärfen.“ Bei dieser Betonalternative wird der Festigkeit gebende Stahl durch Stäbe oder Matten aus Kohlenstofffasern, auch Carbonfasern genannt, ersetzt, wie sie heute bereits im Rennsport oder in Luftfahrt benutzt werden. Die Carbonfasern haben mehrere Vorteile: Sie sind nicht nur bedeutend leichter als Stahl und trotzdem fester, sie korrodieren auch nicht. Dadurch können viele Bauteile aus Beton schlanker gefertigt werden, und ihre Haltbarkeit ist deutlich erhöht, auf bis zu 200 Jahre, so die Schätzung. Diese Vorteile führen zu einer deutlich besseren Ökobilanz des Baustoffes. Es werden bereits in der Produktion weniger Ressourcen verbraucht, und der CO2-Fußabdruck wird kleiner – vor allem auch durch die Langlebigkeit.

„Wir haben mit unserer Entwicklung nicht bei null angefangen, aber Carbon kann den Durchbruch bringen“, sagt Schladitz, der Forschungsgruppenleiter am Institut für Massivbau der TU Dresden und Chef von Deutschlands größtem Bauforschungsprojekt „C3“ (Carbon Concrete Composite) ist. Letzteres wird vom Bundesforschungsministerium finanziert.

In Sachsen wurde 2021 die erste Straßenbrücke komplett aus Carbonbeton gefertigt

Tatsächlich versuchen Expertinnen und Experten das Problem der Korrosion beim Stahlbeton schon seit rund 20 Jahren zu lösen, indem sie mit anderen Materialien zur Stabilisierung experimentieren – mit Glasfasern oder Basalt zum Beispiel. Doch keine Stahlalternative funktioniert so gut wie carbonfaserverstärkter Kunststoff, an dessen Einsatz Schladitz bereits seit 2007 arbeitet. Damals begann er mit seiner Doktorarbeit zu dem Thema.

Inzwischen ist Carbonbeton aus der Entwicklungs- und Testphase längst heraus. In diesem Jahr wurde in Sachsen die erste Straßenbrücke komplett daraus gefertigt, nachdem das Material 2020 in Frankfurt am Main zur raumsparenden Stabilisierung einer 50 Jahre alten Autobahnbrücke (am Westkreuz, über dem Flüsschen Nidda) eingesetzt wurde. Auch Fertigteilgaragen, Vorhangelemente für Fassaden und Sandwichwände aus dem neuen Material werden bereits angeboten. Das erste Modellhaus komplett aus vorgefertigten Carbonbetonelementen inklusive Dach entsteht derzeit auf dem Gelände der TU Dresden. Die Wände mit integrierter, vom BASF-Konzern entwickelter Hightech-Wärmedämmung sind nur 24 Zentimeter dick, wo sonst heute 40 Zentimeter nötig sind, um die Energievorschriften einzuhalten. Diese Bauweise kann gerade in Ballungsgebieten, wo Raum knapp ist, Vorteile bringen.

Frank Schladitz: „Wenn das Recycling nicht klappt, hat es keinen Sinn.“

Carbonfasern werden bisher fast zu 100 Prozent aus Erdöl hergestellt. Ausgangsmaterial kann aber auch Pflanzenmaterial, etwa Lignin, ein Reststoff aus der Papierherstellung, und – zumindest theoretisch – auch CO2 aus der Luft sein. Ein Problem ist derzeit noch der Preis. Ein Kilo Stahl kostet einen Euro, ein Kilo Carbon 15. Schladitz: „Das relativiert sich aber, weil man viel weniger Carbonmaterial braucht, um die gleiche Tragfähigkeit und Zugfestigkeit zu erreichen.“ Der Experte schätzt, das heute bereits 20 Prozent des Weltmarkts ohne Zusatzkosten mit dem neuen Baustoff abgedeckt werden könnten. „Aber es könnte noch viel mehr werden.“

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Großen Wert legte Schladitz übrigens von Anfang an auf eine gute Wiederverwertbarkeit des neuen Baustoffs. „Mir war von Anfang an klar: Wenn das Recycling nicht klappt, hat es gar keinen Sinn, Carbonbeton einzuführen – auch wenn Bauwerke aus dem Material erst viel später als herkömmliche abgerissen werden dürften.“ Tatsächlich habe sich in Tests gezeigt, dass das Trennen von Beton und Carbon ähnlich gut funktioniert wie beim Stahlbeton. „Wir erreichen einen Reinheitsgrad von 97 bis 98 Prozent.“ Ganz gelöst ist das Problem damit aber noch nicht. Die Carbonfasern werden bei jedem erneuten Recycling kürzer und sind irgendwann nicht mehr nutzbar. Fällt Altcarbon bisher in anderen Branchen an, wird es daher meist verbrannt. „Hierfür brauchen wir noch bessere Lösungen“, sagt Schladitz.

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