Beton ist ein allgegenwärtiger Baustoff: Von den Betonpflastersteinen im Gehweg, über gewaltige Spannbetonträger im Brückenbau bis zur Designer-Tischplatte begegnet uns das Material überall. Dabei ist Beton alles andere als eine neue Erfindung. Die früheste nachgewiesene Verwendung eines betonähnlichen Werkstoffes geht auf das Jahr 6500 v. Chr. zurück. Damals fand eine Gruppe von Kaufleuten im Nahen Osten heraus, wie man Sand, gebrannten Kalkstein und Wasser zum Bau von Bewässerungssystemen in der Wüste verwenden konnte. Diese geniale Zusammensetzung hat sich bewährt. Wenngleich sich die Verfahren zur Herstellung weiterentwickelt haben, sind die Grundzutaten für den dauerhaften Baustoff bis heute dieselben geblieben.
Die Dauerhaftigkeit von Beton ist unbestritten. Der langlebige Baustoff ist in seiner herkömmlichen Form jedoch nicht nur schwer zu transportieren, sondern seine gesamte Herstellung ist alles andere als umweltfreundlich. Inzwischen stehen innovative Alternativen zu Beton zur Verfügung, die alle Anforderungen an die Festigkeit, Ästhetik, das Eigengewicht und die Klimafreundlichkeit erfüllen und die Nachteile von klassischem Beton ausmerzen. Dazu gehören selbstheilende organische Ziegel aus Pilzmyzel, ein betonähnliches Baustoffsystem aus Hanfkalk und optisch ansprechende Holzträger, die eine erhebliche Menge an Kohlendioxid binden können. Der ökologische Fußabdruck von Beton kann nicht zuletzt auch durch neue Technologien reduziert werden. So können moderne 3D-Betondrucker schon heute individuelle Betonkonstruktionen schnell und kostengünstig vor Ort herstellen – ganz ohne Schalung.
Zirkuläre Betone (oder: Recyclingbetone) sind ökologisch optimierte Betonlösungen, bei denen mindestens eine Komponente aus rezyklierten Abfallprodukten besteht. Für ihre Herstellung wird daher nicht so viel Energie benötigt wie bei der Herstellung von herkömmlichem Primärbeton, sodass weniger Kohlendioxid ausgestoßen wird. Dabei kann der so hergestellte Beton bei einer wesentlich besseren Ökobilanz trotzdem ebenso langlebig sein wie sein herkömmliches Pendant. Zirkuläre Betone eignen sich ohne Abstriche für alle klassischen Betonanwendungen von Deckschichten im Wegebau über Decken oder Wände in Gebäuden bis hin zur Verwendung im konstruktiven Ingenieurbau. Außerdem eignen sie sich für die Isolierung, tragen zur Verbesserung der Luftqualität bei und sorgen für mehr biologische Vielfalt.
Die Klimabilanz von Betonen lässt sich auch durch den Einsatz sekundärer zementartiger Materialien (SCM) wie Flugasche verbessern. Dabei handelt es sich um ein Nebenprodukt, das bei der Verbrennung von Kohle anfällt und früher auf Deponien entsorgt wurde. Dabei gibt es für Flugasche eine raffinierte Verwendung im Bauwesen: In Verbindung mit Wasser und Kalk bildet die Flugasche eine erstaunlich feste und dauerhafte Verbindung mit zementartigen Eigenschaften und kann den Bedarf an konventionellem Klinker reduzieren. Flugasche verbessert die Fließfähigkeit von Beton, sodass er sich leichter verarbeiten lässt und sich besser für den Bau komplex geformter Bauteile eignet. Da bei sogenannten HVFA-Betonen (High Volume Fly-Ash) 25 % des Zements durch Flugasche ersetzt werden können, ist ihre Verwendung ein erheblicher Beitrag zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen.
Hanfkalk – auch bekannt als Hanfbeton – ist eine besonders vielversprechende und ökologische Beton-Alternative. Der Hauptausgangsstoff Hanf braucht nur etwa vier Monate zum Wachsen und kann immer wieder angebaut und geerntet werden. Hanfpflanzen kommen mit wenig Wasser aus und benötigen zum Wachstum keine Chemikalien. Der Einsatz von Treibstoffen beim Anbau ist gering und die Ernte gestaltet sich erstaunlich unkompliziert.
Zur Herstellung von Hanfbeton werden Kalk und Wasser mit sogenannten Hanfschäben angemischt. Das abgebundene Material ähnelt herkömmlichen Beton, ist jedoch viel leichter. Durch die Verwendung von Kalk als Bindemittel wird im Vergleich zu Beton 80 % weniger Kohlendioxid freigesetzt. Außerdem wird der Atmosphäre beim Anbau von Hanf Kohlendioxid entnommen und durch die langfristige Festlegung des nachwachsenden Rohstoffs im Gefüge gespeichert. Dadurch können Hanfkalk-Bauweisen extrem klimafreundlich sein. Hanfkalk ist außerdem ungiftig, allergenfrei, schimmelresistent und hat die Fähigkeit, Feuchtigkeit zu absorbieren und abzugeben. Obwohl Hanfkalk aufgrund seiner langen Aushärtungszeit bisher nicht für lastabtragende Anwendungen zugelassen wurde, handelt es sich um einen vielseitig einsetzbaren Baustoff mit hervorragenden dämmenden Eigenschaften.
Massivholz ist wegen seiner zeitgemäßen Ästhetik eine besonders elegante Beton-Alternative. Es handelt sich dabei um Holzverbundsysteme, bei denen mehrere Holzstücke zu größeren Bauelementen zusammengesetzt werden. Das Material ist in seiner Festigkeit mit Beton oder Stahl vergleichbar und wird insbesondere für tragende Zwecke eingesetzt. Massivholz wird in der Regel zu Bauplatten, Stützen und Trägern verarbeitet, aber auch für den Einsatz in Fußböden ist es aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber starkem Verkehr eine nachhaltige Option. Der sehr langlebige Baustoff ist darüber hinaus um einiges leichter als Beton, was den Transport vereinfacht. Dazu kommt, dass sich bei der Massivholzbauweise Kohlenstoff dauerhaft zwischenspeichern lässt. Dabei kann ein Kubikmeter des nachwachsenden Baustoffs etwa eine Tonne Kohlendioxid speichern.
Brettsperrholz, oder Cross-Laminated Timber (CLT), ist ein vielseitiges und modernes Material im Massivholzbau. Es handelt sich um ein Holzwerkstoffprodukt, das aus mindestens drei über Kreuz flach aufeinander verleimten Brettlagen besteht und bei ordnungsgemäßer Installation und Pflege weder verrottet noch schimmelt. Es sind feuerbeständige Ausführungen aus Brettsperrholz verfügbar. Wie andere Massivholzprodukte bilden sie beim Abbrand eine Verkohlungsschicht. Diese Verkohlung bildet eine Schutzschicht auf der Außenseite des betreffenden Bauteils, wodurch seine Festigkeit aufrechterhalten wird. Brettsperrholz wird überwiegend in vorgefertigten Bauteilen für tragende Anwendungen als Wände, Decken und Dächer eingesetzt.
Unter dem Begriff Polymerbeton werden Verbundwerkstoffe für verschiedene Anwendungen zusammengefasst, bei denen statt hydraulischen Bindemitteln Reaktionsharze zum Einsatz kommen. Die Füllmaterialien können mineralisch sein, wofür sich der Begriff Mineralguss etabliert hat. Die damit hergestellten Bauprodukte sind leicht transportierbar und lassen sich ohne teure Ausrüstung unproblematisch verbauen. Weil ihre Rezeptur zudem auf spezifische Festigkeitsanforderungen angepasst werden kann, sind sie prädestiniert für hoch individualisierte Bauprojekte. Die pilz- und bakterienhemmende Oberfläche des Materials macht es insbesondere auch für den Einsatz in gewerblichen Küchen und Sanitärräumen interessant.
In der Vergangenheit war es häufig schwierig, die Geschichte von Bestandsgebäuden nachzuvollziehen. Die darin verbauten Baustoffe waren häufig nicht dokumentiert, sodass deren Wiederverwendung in neuen Projekten mit Risiken behaftet war. Neue Technologien können dieses Problem lösen. Inzwischen stehen Programme wie Autodesk Tandem zur Verfügung, mit denen Daten aus dem Lebenszyklus eines Gebäudes in einem digitalen Abbild verknüpft werden. Genaue Informationen über die in einem Projekt verwendeten Bauprodukte werden in sogenannten Materialpässen digital dokumentiert. Je mehr über die in einem Gebäude verbauten Materialien bekannt ist, desto mehr Sicherheit gibt es bei deren Wiederverwendung für neue Gebäude, und viele Altmaterialien sind für eine Entsorgung viel zu schade. Diese umweltfreundliche und kosteneffiziente Vorgehensweise kann ästhetisch besonders ansprechend sein und verleiht den neuen Projekten oft einen besonderen Reiz.
Pilze sind nicht nur lecker und nahrhaft. Die wurzelartigen Pilzfäden, das sogenannte Myzel, kann getrocknet und dann zu Geldbörsen, Kleidung und sogar Baumaterialien verarbeitet werden, wenn man es dazu bringt, zu einer felsenfesten Substanz zu wachsen. Myzel ist bemerkenswert belastbar. Die daraus hergestellten Ziegel sind leichter und feuerbeständiger als herkömmlicher Beton. Und weil sie nach ihrer Herstellung im Prinzip immer noch „lebendig“ sind, sind Bausteine aus Myzel auch selbstheilend. Ein beschädigter Myzelziegel kann sich leicht selbst regenerieren, indem zusätzliches Myzel in entstandene Risse eingebracht wird.
Ob sich Myzelziegel dauerhaft als Baumaterial bewähren, muss sich zwar noch zeigen – die Vorstellung, dass die gebaute Umwelt eines Tages zum Teil aus organisch gebildeten und biologisch abbaubaren Lebewesen bestehen wird, ist jedoch mindestens faszinierend. Bereits 2014 war auf einer Ausstellung im New Yorker Museum of Modern Art eine architektonische Installation namens Hy-Fi zu bestaunen, die vollständig aus Myzel und landwirtschaftlichen Abfällen bestand. Hy-Fi steht zwar nicht mehr, das Potenzial des Myzels für zukünftige, dauerhaftere Bauwerke wird hingegen weiter experimentell untersucht.
Neben den zahlreichen ökologischen Vorteilen bieten Beton-Alternativen auch praktische Vorteile. So hat sich der Gestaltungsspielraum für Architekten und Ingenieure allein durch die enorm gestiegene Vielfalt an nachhaltigen Baustoffen stark vergrößert. Viele Beton-Alternativen ermöglichen neben kürzeren Bauzeiten und günstigeren Baukosten auch eine längere Lebensdauer und einen besseren Schallschutz als konventionelle Bauteile aus Beton. Kein Wunder, dass immer mehr Unternehmen auf die Vorteile setzen, die ihnen diese alternativen Bauweisen bieten. Die innovativen Lösungen helfen den Unternehmen nicht nur dabei, die neuen Anforderungen des Marktes zu erfüllen, sondern auch, zu einer umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Zukunft beizutragen.
Das in Ohio ansässige Start-up Advantic entwickelt maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe. Die neuartigen Materialien sind vor allem bei rauen Witterungsbedingungen und korrosiven Umgebungen eine geeignete Option. Das erste Großprojekt des Unternehmens wurde 2014 fertiggestellt und sorgte dafür, dass die neuen Brandschutzanforderungen an die Belüftung in der New Yorker U-Bahn erfüllt werden konnten. Das bei dem Projekt eingesetzte Material sollte nicht nur korrosionsbeständig, sondern auch hochfrequenzdurchlässig sein, um die Mobilfunkkommunikation durch die Umbaumaßnahmen nicht zu beeinträchtigen. Diese Vorgaben wurden durch den Einsatz eines Polymerverbundstoffes erreicht, der bei gleicher Druckfestigkeit im Vergleich zu Beton drei Viertel des Gewichts einspart.
„Wir möchten einfache Lösungen für spezifische Bauprobleme liefern“, erklärt Brad Doudican, Präsident von Advantic. „Wenn Verbundwerkstoffe die richtige Wahl sind, werden wir die richtige Werkstofflösung für die jeweilige Bauaufgabe finden.“
Diese Philosophie konnte Advantic erneut unter Beweis stellen, als der Cleveland Metropark Zoo das Unternehmen für Umbaumaßnahmen am Gorillagehege anfragte. Der Zoo plante, einen neuen Gorilla in die Gemeinschaft aufzunehmen, und wollte mehr Platz für die Tiere schaffen. Zu diesem Zweck entwarf Advantic eine Art Gorillarutsche. Dabei handelt es sich um einen erhöhten Tunnel, der den Gorillas einen 360-Grad-Blick auf ihren Lebensraum bietet. Um die Störungen für die Gorillas und andere Tiere in der Umgebung zu minimieren, wurden statt Stahlträgern Verbundwerkstoffe für die Konstruktion eingesetzt.
„Eine Variante mit Stahlbau wäre wegen der Schweißarbeiten mit giftigen Gasen verbunden gewesen und hätte auch sonst einen ziemlich aufwendigen und belastenden Eingriff dargestellt“, so Luke Sideras, CAD-Techniker bei Advantic. „Bei unserer Bauweise konnten wir alle Träger in unserer Werkshalle zuschneiden und bohren, noch bevor sie an den Zoo geliefert wurden. Dadurch mussten die Gorillas nicht so lange auf ihre gewohnte Umgebung verzichten, was den Stress für die Tiere reduzierte. Die Arbeit an diesem Projekt hat viel Spaß gemacht und ist für alle Beteiligten sehr gut abgelaufen.“
Der Einsatz neuartiger Materialien kann für alle Baubeteiligten mit Risiken verbunden sein. Um diese zu minimieren und um Änderungen am Projekt in Echtzeit zu verfolgen, nutzen Advantic und andere Unternehmen Tools wie Autodesk Fusion 360. Dieser Prozess trägt zur Optimierung der Projektabwicklung bei und stärkt das Vertrauen der Auftraggeber in Alternativen zu klassischen Betonbauweisen. Erfolge wie diese können Advantic und anderen Anbietern nachhaltiger Bauprodukte zum Durchbruch in der Baubranche verhelfen.
Umweltfreundlichere Beton-Alternativen werden eine große Rolle in der nachhaltigen Zukunft des Bauwesens spielen. Dennoch wird der traditionelle Beton nicht völlig aus der Mode kommen. Neue Bauverfahren können den Einsatz des beliebten Baustoffs zum Glück viel nachhaltiger gestalten. Dank neuer Technologien wird es nicht mehr lange dauern, bis 3D-gedruckter Beton zu den Standardbauweisen gehört.
Zwar befindet sich der 3D-Betondruck noch in der Entwicklungsphase, aber er hält immer schneller Einzug in die Realität. Das revolutionäre Potenzial der nachhaltigen Technologie beruht auf nie gekannten Freiheiten im Gestalten mit Beton. Gleichzeitig kann sie die Bauzeit deutlich verkürzen. Mit dem 3D-Betondruck lassen sich schon heute beliebige architektonische Unikate auch ohne horrende Mehrkosten realisieren. Durch die Zeitersparnisse und den geringeren Materialbedarf wird der ökologische Fußabdruck des Betonbaus weiter reduziert.
Beton hat die Welt verändert. Seine unschlagbaren Eigenschaften sind bisher der Grund, warum der Baustoff noch immer eingesetzt wird. Das Bewusstsein aller Baubeteiligten um die Auswirkungen von Beton und anderen menschlichen Aktivitäten auf unseren Planeten nimmt jedoch stetig zu. Auch wenn noch ein langer Weg vor uns liegt, ist ein Trend zum nachhaltigen Bauen spürbar und hat bereits zu einer erheblichen Reduzierung der weltweiten Emissionen geführt. Die Hinwendung zu nachhaltigen Bauweisen inspiriert dabei immer wieder zu spannenden neuen Baukonstruktionen. „Weltweit werden Staaten radikale Maßnahmen ergreifen und diejenigen mit hohen Strafen belegen, die den Klimawandel anheizen“, so Charles Kibert, Direktor des Powell Center for Construction and Environment an der University of Florida und Autor von Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery (Nachhaltiges Bauen: Planung und Ausführung umweltfreundlicher Gebäude). „Dann werden sich Unternehmen durchsetzen, die verstanden haben, wie sie ihre betrieblichen Umweltausauswirkungen reduzieren und umweltfreundliche Produkte und Gebäude herstellen.“
Die Baubranche setzt verstärkt auf innovative Lösungen, um nachhaltigere Bauwerke, umweltfreundlichere Baustoffe und effizientere Verfahren zu entwickeln. Als 6.500 v. Chr. die ersten Betonvorläufer erfunden wurden, belief sich die Weltbevölkerung nur auf einen Bruchteil der heutigen Zahl. Nur durch neue Alternativen zum traditionellen Beton kann es der Baubranche gelingen, alle Menschen verantwortungsbewusst mit Wohnraum zu versorgen. Diese Lösungen revolutionieren die Art und Weise, wie Gebäude, Städte und Kommunen gebaut werden, und tragen dazu bei, dass heutige und künftige Generationen mit geringen Auswirkungen eine große Wirkung erzielen können.
Dieser Artikel wurde aktualisiert. Er wurde ursprünglich im April 2018 veröffentlicht.
Elizabeth Rosselle ist freiberufliche Journalistin, Texterin und Designerin und pendelt zwischen San Francisco und Bali.
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