Mit Carbonfasern verstärkter Beton ist belastbarer, länger haltbar und umweltfreundlicher als Stahlbeton.

Nach 30 Jahren Forschung ist im September 2022 das weltweit erste Haus aus Carbonbeton eröffnet worden. Beim Bau des “Cube” konnte 50 Prozent des Betonverbrauch gespart werden. Das Material, bei dem Kohlenstofffasern den Stahl ersetzen, kann klimaneutral produziert werden und ist deutlich haltbarer als herkömmlicher Stahlbeton.

Die an der TU Dresden entwickelte Betonart bietet die gleiche strukturelle Festigkeit wie Beton, der mit Stahlbewehrung verstärkt ist, verwendet jedoch weit weniger Beton. Der Beton wird mit Kohlefasergarn verstärkt, das hergestellt wird, indem viele Kohlenstofffasern durch einen Prozess der thermischen Zersetzung, der Pyrolyse genannt wird, miteinander verbunden werden. Diese Garne werden verwendet, um ein Netz zu erzeugen, auf das der Beton gegossen wird.

Carbonbeton soll viermal stärker als herkömmlicher Beton sein, aber aufgrund der reduzierten Strukturabschnitte auch viermal leichter. So kann man ganz unterschiedliche Formen entwerfen. Es gibt einige Forschungsbeispiele für superdünne Betonbauteile oder Bänke oder Bewehrungen. Ziel ist es, weg zu kommen, von den riesigen Betonmengen, die heute verwendet werden.

Das Kohlefasergewebe ist im Gegensatz zu Stahl auch rostfrei, was bedeutet, dass Carbonbeton eine längere Lebensdauer hat als typischer Stahlbeton. Dies bedeutet aber vor allem auch, dass Strukturen viel dünner sein können, da ein Großteil der Dicke von Stahlbeton auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, das Eindringen von Wasser zu verhindern, was zu einer Oxidation des Bewehrungsstahls führen würde.

Das Problem ist allerdings, dass der CO₂-Fußabdruck von Kohlefasern in der Regel sehr schlecht ist. An der TU Dresden wird deshalb schon weitergeforscht. Die Möglichkeit, aus Lignin, einem gängigen pflanzlichen Stoff, der auch ein Nebenprodukt der Papierindustrie ist, Kohlenstofffasern herzustellen, soll nun genau untersucht werden. In diesem Fall wäre das Material klimaneutral.

Wissenschaftler:innen aus München entdeckten zudem kürzlich Blaualgen, die sich vom CO₂ der Luft ernähren und als Ergebnis ihres Stoffwechsels Polyacrylnitril (PAN) ausstoßen. Polyacrylnitril kann anschließend durch Pyrolyse zu Carbonfäden weiterverarbeitet werden. Ob biobasierte Carbonfasern die erdölbasierten ersetzen werden, ist aber fraglich, weil sie noch nicht die gleiche Leistung bieten.


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Bilder: Stefan Gröschel, TU Dresden