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Klimafreundlicher Beton

Foto, Innenansicht eines Rohbaus aus klimafreundlichem Beton.

Robust, formbar, druckfest, stabil – kaum ein anderes Material ist so vielfältig einsetzbar wie Beton. Das Gemisch aus Zement, Sand, Kies und Wasser erfüllt nach dem Aushärten wichtige bauphysikalische, statische und brandschutztechnische Anforderungen. Doch die Herstellung ist energieintensiv: Für die Zementproduktion wird Kalkstein gemahlen und im Brennofen auf 1.450 Grad Celsius erhitzt. Dabei werden pro Tonne Zement rund 600 Kilogramm CO2 freigesetzt. Die 4,5 Mrd. Tonnen Zement, die im Jahr 2022 weltweit produziert wurden, haben demnach 2,8 Mrd. Tonnen CO2 verursacht (Quelle: BUND). Das sind 8 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen. Zudem kommen für den hohen elektrischen und thermischen Energiebedarf in den meisten Fällen fossile Rohstoffe zum Einsatz.

In Deutschland liegt der Zementbedarf bei etwa 30 Mio. Tonnen (Quelle: Statista) jährlich. Geht man von einem Mischungsverhältnis des Betons von 1:4 (Zement und Zuschläge) aus, vervielfacht sich der gesamte Rohstoffverbrauch entsprechend. Allein für den Beton eines Einfamilienhauses werden immense Mengen an Sand benötigt. Hinzu kommt, dass die Betonindustrie auch große Mengen des weltweiten industriellen Wasserbedarfs beansprucht.

Vor diesem Hintergrund scheinen klimafreundliches Bauen und Beton unvereinbar. Doch es gibt seit der Entwicklung von Stahlbeton zahlreiche Innovationen: Es gibt längst Ideen und auch angewandte Verfahren, die Beton grüner und nachhaltiger machen könnten. Nur sind diese Entwicklungen teilweise noch wenig bekannt oder es fehlt an entsprechender Nachfrage.

Foto, eine durch 3D-Druck erstellte Betondecke mit komplexer Form.

Materialreduktion und Recycling

Angesichts schwindender Ressourcen, der Menge mineralischer Bauabfälle und der entstehenden CO2-Emissionen bei der Betonherstellung gewinnen die Themen Betonrecycling und Materialreduktion an Relevanz.

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Foto, auf einem Tisch liegen aufgereiht verschiedene bio-basierte Materialien und bio-basierte Reststoffe, die im Betonbau einsetzbar sind. Im Hintergrund sind Muster-Vasen verschiedener Betonarten zu sehen.

Bio-Beton und alternative Betonrezepturen

Sand ist wesentlich für die Betonherstellung. Doch nur ein Teil des weltweiten Sandvorkommens eignet sich dafür. Innovationen könnten das Rohstoffproblem lösen. Zusätzlich liefern bio-inspirierte Ansätze erste Alternativen zu herkömmlichem Zement.

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Foto, flüssiger Beton wird auf dem Boden ausgegossen.

Carbon Capture und neue Produktionsprozesse

Bislang lassen sich die CO2-Emissionen bei der Zementherstellung nicht komplett reduzieren, Die Hersteller forschen daher an Carbon-Capture-Technologien. Einige der am meist fortgeschrittenen Ansätze werden hier vorgestellt.

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Exkurs: Beton – der künstliche Stein damals bis heute

  • Bei Beton denkt man meist an die moderne und in die Höhe strebende Architektur des 20. und 21. Jahrhunderts. Der künstliche Stein ist aber viel älter: Schon vor mehr als 2.200 Jahren entwickelten die Römer den „Opus Caementitium“: eine Mischung aus Bruchstein, gebranntem Kalk, Sand, Wasser und Vulkanasche (Puzzolan)
  • Damit gelang den Römern der Bau von Brücken, Tunneln, Aquädukten und Kuppeln, die teils heute noch erhalten sind. Das bekannteste Bauwerk ist das 120 n. Chr. fertiggestellte Pantheon in Rom mit seiner stützenfreien, 43 m durchmessenden Dachkuppel. Die außerordentliche Festigkeit des antiken Betons kommt Forschern zufolge durch die zugeschlagene Vulkanasche.
  • Mit dem Untergang des römischen Reiches gerieten die Erkenntnisse in Vergessenheit. Erst die Einführung von Portlandzement im Jahr 1824 führte zum eigentlichen Beton. Einige Jahre später wurden Stahlbeton und Fertigteile entwickelt, was eine neue und in die Höhe strebende Baukunst im großen Maßstab ermöglichte. Doch im Vergleich zur Antike halten Gebäude aus Beton heute selten länger als 50 bis 100 Jahre.
  • Die wichtigsten Bestandteile von Beton sind Zement und Zuschlagstoffe wie Sand, Kies oder Split sowie Wasser. Die Calciumsilicate (Portlandklinker) des Zements gehen eine stabile Verbindung mit Anmachwasser ein. Aus Zement wird Zementleim, der die Zuschlagstoffe fest umschließt. Beim Abbinden oder Aushärten des Zementleibs bilden sich Kristalle aus, die sich ineinander verhaken und so die Druckfestigkeit des Betons erzeugen. Diesen chemischen Prozess bezeichnet man als Hydratation. Zement erstarrt etwa nach 24 Stunden, bis der Beton komplett erhärtet ist, kann es 4 Wochen dauern.

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