Carbonbeton – die neue Art des Bauens

Ein neuer Verbundwerkstoff drängt auf den Markt, der die Baubranche revolutionieren wird: Carbonbeton. In naher Zukunft soll er 20 Prozent des Stahlbetons ersetzen, insbesondere beim Bau und der Instandhaltung von Brücken und Gebäuden. Vorreiter dieser Technologie ist C3 (Carbon Concrete Composite), ein Zusammenschluss von über 140 Forschungseinrichtungen, Verbänden und Unternehmen in ganz Deutschland. Sie forschen beispielsweise an Verfahren zur serienmäßigen Produktion sowie am Einsatz von Carbonbeton für Photovoltaik-Systeme.

Carbonbeton ist eine Verbindung aus Hochleistungsbeton und Kohlenstofffasern. Derzeit existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung. Durch die hohe Festigkeit und Langlebigkeit von Carbon entsteht ein Verbundwerkstoff, der Architekten und Ingenieuren neue Gestaltungsräume eröffnet. Er besitzt eine sechsmal höhere Tragfähigkeit als Stahlbeton und eine viermal geringere Dichte. Zudem rostet Carbon nicht. Die Betondeckung kann dadurch um bis zu 80 Prozent reduziert werden. Dies spart auch den wertvollen und fossilen Rohstoff Sand und senkt die CO₂-Emissionen, die bei der Produktion entstehen. Carbonbeton ist deshalb wesentlich leichter und nachhaltiger. Experten schätzen die Lebensdauer dieses innovativen Baustoffes auf 150 bis 200 Jahre.

Im November 2016 verlieh der damalig amtierende Bundespräsident Joachim Gauck den Deutschen Zukunftspreis für Technik und Innovation an ein Forscherteam der Technischen Universität Dresden. Die drei Professoren Manfred Curbach, Chokri Cherif und Peter Offermann gehören zum Verbund C3 – Carbon Concrete Composite und forschen intensiv an dem ökologischen Baustoff Carbonbeton, um ihn zur Anwendungsreife zu bringen. Der Preis ist mit 250.000 Euro dotiert. Das Unternehmen "V. Fraas Solutions in Textile" erhielt ebenfalls diese Auszeichnung. Es ist ihm gelungen, erstmals serienmäßig textile Bewehrungen auf einer hochtechnologisierten Fertigungsstraße herzustellen. Textilbeton stellt eine Variante des Carbonbetons dar: Gitterartige Textilmatten aus Kohlenstofffasern werden zwischen die Feinbetonschichten gelegt.

Der Carbonbeton der Marke Tudalit® erhielt bereits 2014 die erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik. Weitere werden sicher folgen. Der neuartige Verbundwerkstoff soll zur Verstärkung und Instandsetzung von Stahlbetondecken dienen. Er kann sowohl im Neu-, als auch im Altbau eingesetzt werden. Die folgenden drei Beispiele zeigen praktische Anwendungen sowie Projekte im Rahmen von C3.

Ein Anwendungsgebiet für Carbonbeton betrifft den Brückenbau. Die öffentlichen Auftraggeber für die Bogenbrücke im bayrischen Naila entschieden sich für das innovative Material, weil es eine Kostenersparnis von 15 Prozent gegenüber Stahlbeton ermöglichte. Die deutlich dünnere Spritzbetonschicht reduzierte zugleich das Betonaufkommen um 80 Prozent.

Bereits seit einigen Jahren existiert auf dem Campus der TU Berlin eine 13 Meter lange Spannbandbrücke. Die Wissenschaftler nutzen sie für Sicherheitstests rund um das Material Carbon. Weltweit existieren bereits einige dieser Brücken, jedoch meist nur für Fußgänger. Die Forschungen für Autobahnbrücken dauern an, da hier Aspekte wie Griffigkeit, Tragfähigkeit für große Automobile und Schwingungen in die Betrachtungen einfließen.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) erforscht die Möglichkeit, Hauswände als kleine Solarkraftwerke zu nutzen. Die Wissenschaftler gehen der Frage nach, ob und inwieweit PV-Systeme in Fassadenelemente eingebunden werden können. Derzeit sind drei Verfahren technisch machbar:

Die Forscher des CSP schlagen vor, die Module zu neigen, zu kippen, zu wölben oder in Facetten-Optik anzubringen. Damit erhöht sich die nutzbare Fläche, insbesondere an städtischen Gebäuden, die durch umstehende Häuser keine volle Sonneneinstrahlung erreichen.

Durch die Zusammenarbeit einer Vielzahl an Forschungseinrichtungen sowie durch die Unterstützung der Politik entwickelt sich Carbonbeton als Baustoff der Zukunft rasend schnell. Die derzeitigen Projekte geben einen Ausblick auf das, was in einigen Jahren möglich sein wird. Neue filigrane, leichte und ästhetische Formen lassen sich mit dem alternativen Baustoff erst gestalten. Darüber hinaus überzeugt das Material durch Nachhaltigkeit, Festigkeit und Flexibilität zugleich.