Ohne Beton geht am Bau nur wenig. Das graue Gemisch aus Wasser, Zement sowie Sand oder Kies ist der wichtigste Baustoff der Welt. Der künstliche Stein ist vielfältig einsetzbar und widerstandsfähig, doch auch der härteste Beton beginnt im Laufe der Zeit zu bröckeln. Temperaturwechsel, Beanspruchung durch Druck und Spannungen im Material setzen Beton langfristig zu, so dass sich Risse bilden, die mitunter gefährlich werden.
Allein in Deutschland werden deshalb Milliarden Euro in die Sanierung, beispielsweise von Brücken auf Autobahnen und Bahnstrecken, gesteckt. Das ist enorm aufwändig und auch schlecht für die Umwelt, denn bei der Herstellung von neuem Beton wird viel klimaschädliches Kohlendioxid (CO₂) in die Luft geblasen. Doch auch die Verwendung von recyceltem Beton ist lange nicht für alle Bauvorhaben geeignet. Das Kreislaufwirtschaftsgesetz schreibt Städten und Gemeinden zwar seit Herbst 2020 vor, künftig auch mit Recyclingbeton zu bauen, um die CO₂-Emissionen zu verringern. Der Nachteil des Gesetzes ist aber: Bisher fehlen Sanktionen für denjenigen, der es missachtet.
Ist selbstheilender Beton die Lösung?
Wissenschaftler forschen daher seit Jahren intensiv an nachhaltigen und kostengünstigen Methoden, wie sich kleinere Risse in Beton wieder schließen lassen, bevor gefährliche Schäden entstehen. Die Lösung könnte sogenannter "selbstheilender Beton" sein. Die eigentlichen "Heiler" sind dabei Bakterien wie beispielsweise Sporosarcina pasteurii. Dieser Mikroorganismus, der bis zu 200 Jahre ohne Sauerstoff oder Nährstoffe überleben kann, produziert in bestimmten Nährmedien Calciumcarbonat, also Kalk. In Beton eingemischt oder aufgesprüht ist das Bakterium daher in der Lage, Risse in Bauwerken wieder zu schließen.
Effiziente Kultivierungsmethoden gesucht
Der Einsatz von selbstheilendem Beton ist für Bauwerke erprobt. Um es kommerziell nutzen zu können, werden jedoch große Mengen der innewohnenden Bakterien benötigt, was bisher aufwändig und teuer ist. Frédéric Lapierre von der Hochschule München suchte im Rahmen seiner Doktorarbeit hier nach einer Lösung: "Die Bakterien, mit denen wir arbeiten, findet man überall auf der Welt in Böden. Sie sind völlig harmlos und ungefährlich, wir kommen täglich mit ihnen in Kontakt. Nun haben wir versucht, deren Kultivierung zu verbessern", sagt Lapierre. In der Natur vermehren sich die Bakterien nämlich nur ziemlich träge und so musste der Wissenschaftler nachhelfen: mit einer Lösung, die genau die richtige Nährstoffkombination aus Kalzium und Harnstoff enthält.
Der junge Forscher untersuchte, unter welchen Bedingungen sich die Bakterien besonders gut vermehren und analysierte dafür vollautomatisiert und parallel 48 Bakterienkulturen in unterschiedlichen Nährmedien. Seine Erkenntnisse übertrug der Forscher in ein einfach umsetzbares Verfahren, das die Produktion der Mikroorganismen im Vergleich zu bislang gängigen Methoden um das Fünffache steigert. Durch dieses effizientere Kultivierungsverfahren könnte der Einsatz von selbstheilendem Beton künftig wirtschaftlicher werden.
Verfahren für Staub im Tagebau
Ob selbstheilender Beton mithilfe von Sporosarcina pasteurii so fest wird, dass etwa eine Brücke weitere Jahre genutzt werden kann, müssen Tests erst noch zeigen. "Bisher gibt es meines Wissens in größerem Maßstab nur Pilotprojekte, bei denen man getestet hat, ob diese Bakterien wirklich zu einer Langlebigkeit von Betonstrukturen führen", sagt Frédéric Lapierre. Allerdings setze man die Mikroorganismen bereits heute ein, um Staub im Tagebau zu kontrollieren. "Hier bildet sich sehr viel Staub, der, wenn er eingeatmet wird, unangenehm ist, aber auch zu Erkrankungen führen kann." Nutze man die Bakterienlösung, könne man den Staub, der in der Luft ist, verfestigen.
Verschiedene Anwendungsmethoden
Wie die Mikroorganismen eines Tages in sanierungsbedürftigen Bauwerken am besten ihre Arbeit tun, ist noch offen. Sie könnten aufgesprüht werden oder von vornherein mit einbetoniert werden. Denkbar ist auch, eine Paste aus den Bakterien und der Nährlösung zu erzeugen - direkt vor Ort, wenn Bedarf besteht, ähnlich wie ein Zweikomponentenkleber. Noch muss einiges getestet und auch Bauvorschriften müssen angepasst werden, bevor Sporosarcina pasteurii künftig Risse in Bauwerken kitten wird.
Zum Audio: Baustoff Beton
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