Selbstheilender Beton
Bakterien als bionischer Reparaturservice
Betonkonstruktionen werden durch Witterungseinflüsse im Lauf der Zeit brüchig. Der Mikrobiologe Hendrik Jonkers von der TU Delft hat nun im Labor auf biologischer Grundlage eine stabilere Betonmischung entwickelt. Die Zugabe einer Kalk produzierenden Bakterienart kann darin Risse kitten. Dieser Biobeton könnte bald eine nachhaltige Lösung für die Erhöhung der Lebensdauer von Gebäuden, Brücken und Straßen werden.
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Die Sanierung von Beton aus der massiven Bautätigkeit in der Nachkriegszeit ist gerade heute ein politisch diskutiertes Thema. Seine relativ kurze Lebensdauer von einigen Jahrzehnten führt allerorten zu maroden Brücken und Straßen. Beton ist seit Jahrzehnten das präferierte Material im Bau. Siebzig Prozent der Infrastruktur in Europa – Straßen, Brücken und Gebäude – sind heute daraus gebaut, die Instandhaltung ist kostspielig und wird von Experten europaweit auf bis zu sechs Milliarden Euro geschätzt. Der rasche Verschleiß und die hohen Sanierungskosten sind jedoch nicht die einzigen Schwachpunkte des Baumaterials. Rund zehn Prozent der weltweiten jährlichen CO2-Emissionen entstehen bei dessen Produktion.
Der Niederländer Hendrik Jonkers ist Mikrobiologe und hat sich mit der Frage beschäftigt, wie Knochenbrüche im Bereich der Lebewesen mithilfe von Mineralisierung selbst wieder heilen. Das ermöglichen sogenannte Osteoplasten, auf Knochenheilung spezialisierte Zellen des Körpers. Bei seiner Forschung stieß Jonkers auf ein kalkproduzierendes Bakterium; die widerstandsfähige Spezies Bacillus pseudofirmus findet man in alkalischen Seen, die sich in der Nähe von Vulkanen bilden. Die Bakterien können bis zu zweihundert Jahre lang ohne Wasser in einer Art „Dämmerzustand“ überleben. Dem Beton werden bei der Herstellung speziell ausgewählte Bakterienstämme sowie Stickstoff, Phosphor und Kalziumlaktat, der Nährstoff auf Kalziumbasis, beigemischt. Dringt Wasser durch Risse in den Beton ein, dann werden die Bakterien aktiv und beginnen mit ihrem Stoffwechsel Kalk zu produzieren, der die entstandenen Risse auffüllt. Die Risse dürfen allerdings nicht breiter als 0,8 Millimeter sein.
Das größte Hindernis für die Markteinführung ist derzeit noch der hohe Materialpreis des selbstheilenden Betons. Die Produktionskosten sind heute doppelt so hoch wie die für die Herstellung von herkömmlichem Beton. Das Gros der Kosten entfällt auf das Kalziumlaktat, das als Nährstoff für die Bakterien eine Lebensdauer von zweihundert Jahren haben muss. Jonkers und sein Team, diesjährige Nominierte des Europäischen Erfinderpreises in der Kategorie Forschung, entwickeln derzeit einen neuen Nährstoff auf Zuckerbasis, mit dem sich die Kosten an die Produktionskosten für herkömmlichen Beton nähern lassen sollen.
Erstsendung: Juni 2015
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