Innovationen stellen Veränderungen dar. Doch Neues wird oft skeptisch betrachtet. So geht es auch Carbonbeton. Diese jüngst entwickelte Alternative zum Stahlbeton wurde bereits mehrfach für die ressourcenschonende Verwendung des knappen Baustoffes Sand ausgezeichnet. Doch noch immer gibt es Vorbehalte hinsichtlich der Notwendigkeit und der Vorteile zu dem seit Jahrzehnten bewährten Stahlbeton. Nun stellt sich Carbonbeton den kritischen Fragen der Leser.
Die Fragen zum Carbonbeton wurden mit HIlfe der teilweise kritischen Kommentare auf der Facebook-Seite von Meistertipp gesammelt und der Technischen Universität Dresden, Fakultät Bauingenieurwesen am Institut für Massivbau zur Beantwortung vorgelegt.
Vorab: Wo ist der Unterschied zwischen Textilbeton und Carbonbeton?
Zwar steht auch auf Wikipedia, dass Textilbeton und Carbonbeton identisch sind, doch ist das nur halb richtig. Denn Textilbeton ist eher ein Teilbereich, schließlich enthält er bisher lediglich textile Bewehrungen. Carbonbeton ergänzt die Verwendung um stabförmige Bewehrungen aus Carbon, Vorspannsysteme aus Carbon, Verbindungen von reinen Betonplatten mit reinen CFK-Platten und weitere. Somit ist Carbonbeton eine übergeordnete Weiterentwicklung.
Warum sollte man auf Carbon setzen, ist der Kohlebestandteil nicht auch ein “knapper” Rohstoff?
Carbon oder Karbon ist Kohlenstoff. Diesen Kohlenstoff kann man aus allem gewinnen, was Kohlenstoffbestandteile enthält – also so gut wie aus allem, was es auf der Welt gibt. Eine Knappheit des Rohstoffes gibt es daher nicht.
Das am häufigsten verwendete Ausgangsmaterial ist Erdöl. Dieser Rohstoff ist bisher unschlagbar preiswert und steht aus Sicht der geringen Mengen, die für die Carbonherstellung benötigt werden, in unbegrenzter Menge zur Verfügung.
Ferner arbeitet die aktuelle Forschung bereits daran, unter anderem Lignine für die Carbonfaserherstellung zu nutzen. Lignine ist aktuell ein „Abfallprodukt“ aus Holz, das bei der Papierherstellung in großen Mengen übrig bleibt. Bisher konnte es noch keiner sinnvollen Verwendung zugeführt werden. Die Nutzung der Technologie wird in zwei bis drei Jahren möglich sein. Damit ist eine kaum noch zu verbessernde Rohstoffnutzung und -effizienz möglich.
Allerdings gibt es doch noch eine Effizienz-Verbesserung: In der Grundlagenforschung wird gerade daran gearbeitet, CO2 aus der Luft für die Carbonfaserherstellung zu nutzen. Es ist ein Ausgangsstoff, der in großen Mengen vorhanden ist und relativ einfach für die Carbonfaserherstellung genutzt werden kann. Außerdem hat die Nutzung dieses Ausgangsstoffes noch äußert positive Auswirkungen auf die Umwelt.
Aber ist die Herstellung von Carbon nicht sehr teuer und aufwendig?
Wer ein Stahlwerk besucht hat, weiß wie aufwendig und teuer die Stahlherstellung ist – große Öfen, hohe Temperaturen, schwere Produkte. Bei der Carbonherstellung sieht man in einer sauberen Halle nur einen großen Kasten, in dem vorn weiße Fäden einlaufen und hinten Carbon herauskommt. Aber auch das ist ein teurer Prozess. Denn ein Kilogramm Stahl kostet circa 1,- Euro. Ein Kilogramm Carbon dagegen etwa 16,- Euro (14-18 Euro). Doch im Gegensatz zu Stahl ist die Dichte von Carbon viermal geringer und die Tragfähigkeit sechsmal höher. Für den 16fachen Preis bekommt man also die 24fache (4×6) Leistungsfähigkeit. Rein rechnerisch wäre damit Carbon heute schon preiswerter als Stahl. Doch die Produktion von Stahlbeton wurde in den letzten 120 Jahren immer weiter optimiert und automatisiert. Folglich ist dessen Herstellung in Teilen noch preiswerter, also die oft noch manuelle Herstellung von Carbonbeton. Was sich äußerst positiv auf die Preise auswirkt, ist der deutlich reduzierte Materialeinsatz. So sind beispielsweise Fassadenplatten oder Verstärkungsschichten mit Carbonbeton nur noch ca. 2cm statt mit Stahlbeton ca. 8 cm dick. Dies bedeutet 75 % weniger Material, das hergestellt, transportiert, eingebaut sowie verankert werden muss.
Warum sollte man überhaupt Sand bei der Beton-Herstellung sparen wollen, es gibt doch genügend?
Natürlich gibt es in der Wüste genügend Sand. Für den Betonbau braucht man allerdings eine spezielle Kornverteilung mit großen, mittleren und kleinen Körner. Diese Zusammensetzung gibt es nicht in der Wüste. Daher ist der ressourcensparende Einsatz de knappen Baustoffs Sand wichtig und kann mit Carbonbeton erreicht werden.
Ist Carbonbeton den extremen Temperaturen im Sommer gewachsen?
Beton und Carbon sind sehr beständig gegen hohe Temperaturen. Lediglich bei der Beschichtung der Carbongarne muss man auf die richtige Materialauswahl achten. Es gibt keramische Beschichtungen, die auch bei extremer Hitze (zum Beispiel im Brandfall) beständig sind. Diese sind aber sehr teuer und für viele Anwendungen nicht notwendig. Für die meisten Anwendungen werden Beschichtungen verwendet, die bis ca. 100 Grad beständig sind. Das reicht aus.
Wie ist die Beständigkeit von Carbonbeton gegen Salze?
Die chemische Reaktion zu beschreiben, würde hier den Rahmen sprengen. Kurz: Das Salz beschleunigt die Korrosion des Stahls und ist daher für den Stahlbeton von Nachteil. Im Carbonbeton gibt es jedoch keinen Stahl. Daher sollte er deutlich beständiger sein, als der Stahlbeton. Untersuchungen am Carbonbeton haben bisher noch keine Schädigung durch Salz feststellen können.
Und wie beständig reagiert Carbonbeton auf Frost- und Tauwechsel?
Das ist in erster Linie weniger eine Frage der Bewehrung sondern eher ein Thema für den Beton. Abhängig vom verwendeten Beton ist die Konstruktion beständiger oder unbeständiger gegen den Frost-/Tauwechsel. Da der Beton die Bewehrung nicht vor Korrosion schützen muss, kann der optimale Beton für eine hohe Frost-/Tauwechsel-Beständigkeit verwendet werden. Das erste Pilotprojekt, die bereits über 10 Jahre benutzte Fußgängerbrücke in Oschatz hat bisher noch keine Schäden.
Schreckt eine Brücke mit dünnen Brückenpfeilern nicht vom Betreten ab?
Dieser Aspekt wurde bisher noch nicht speziell untersucht. Doch die bisherigen Konstruktionen, wie beispielsweise der oben genannten Fußgängerbrücke mit nur 3cm Wandstärke, erhielten äußerst positive Rückmeldungen.
Weitere Informationen:
Nutzung von CO2 aus der Luft für die Carbonherstellung
Infos zur Carbonherstellung
Dokumentation über die Verknappung von Sand
Erste Fußgängerbrücke aus Carbonbeton bei Oschatz
