Wie aus Reststoffen leistungsfähige neue Baustoffe werden können, hat das Fraunhofer-Institut für Holzforschung im Projekt „ReMatBuilt“ untersucht. Gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft entwickelten die Forschenden nachhaltige Betonbaustoffe auf Basis von Bau- und Abbruchabfällen sowie pflanzlichen Produktionsresten. Als Zementersatz vertrauen sie auf Reisschalenasche.
Handelsüblicher Beton enthält neben Zement meist Kies als Zuschlagstoff. Der aber ist als Gesteinskörnung eine endliche Ressource, deren Abbau die Umwelt schädigt. Ähnlich verhält es sich mit Zement. Das Bindemittel entsteht zwar auch natürliche Rohstoffe wie Kalkstein , Ton und Quarzsand, doch seine Herstellung verursacht hohe CO2-Emissionen.
Beim Forschungsprojekt ReMatBuilt (Laufzeit: 1.3.2020 bis 28.2.2023) ging es daher um die Entwicklung neuer Betonrezepturen, die einerseits Bauschutt – also Altbeton und Mauerwerksabfälle – und andererseits land- und forstwirtschaftliche Reststoffe enthalten. Derartige Lösungen sind nachhaltig, weil Bauschutt und pflanzliche Naturfasern in hohen Mengen als Abfälle anfallen und bislang nur in Teilen wiederverwertet werden.
Praxisnahe Produktentwicklungen
Für das Projekt haben Prof. Dr. Libo Yan und sein Team vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung (Fraunhofer WKI) mit Partnern aus Deutschland und China zusammengearbeitet. Diese legten besonderen Wert auf Praxisnähe und schnelle Umsetzbarkeit. So kam es, dass in relativ kurzer Zeit eine ganze Reihe neuartiger Produkte entstanden sind. Besucherinnen und Besucher der diesjährigen Hannover Messe können einige davon vom 22. bis 26. April am Fraunhofer-Stand in Halle 2 begutachten. Einen Abschlussbericht zum Projekt gibt es dagegen noch nicht. Der wird frühestens im August dieses Jahres erwartet.
Zu den faszinierendsten Ergebnissen der international agierenden Projektgruppe zählt die Entdeckung von Reisschalen als Zementersatz. „Reis ist das meistverwendete Nahrungsmittel der Welt“, erläutert Projektleiter Libo Yan. „Seine Schalen werden bisher kaum genutzt. Wir haben herausgefunden, dass sich die Reisschalenasche, die in einem speziellen Verbrennungsvorgang entsteht, bestens als Zementersatz eignet.“ Vielleicht ist das sogar mehr als nur ein Ersatz, denn Materialtests der Forschenden haben gezeigt, dass der Reisschalen-Zement im Vergleich zu klassischem Portlandzement sogar Verbesserungen in Sachen Festigkeit und Haltbarkeit sowie Wärme- und Schalldämmung bringt.
Doch nicht nur eine pflanzliche Zementvariante, sondern auch nachhaltige Alternativen zu den herkömmlichen Gesteinszuschlägen in Beton standen im Fokus des Projekts ReMatBuilt. Das diesbezügliche Spektrum reicht von Grob- und Feinzuschlagstoffen aus Altbeton und Mauerwerksabfällen bis hin zur Nutzung von Altholz-Hackschnitzeln als pflanzliche Grobzuschläge.
Um die Festigkeit und Duktilität (plastische Verformbarkeit) der so entwickelten Recycling-Betonbaustoffe weiter zu verbessern, experimentierten die Forschenden auch mit dem zusätzlichen Einsatz pflanzlicher Naturfasertextilien als internes Verstärkungsmaterial. Zudem wurden die oben beschriebene Lösungen auch kombiniert. Ein Beispiel dafür ist ein besonders leichter und ressourceneffizienter Hochleistungsbeton mit Altholz-Hackschnitzeln, Reisschalenasche und Naturfaserverstärkung.
Dämmstoffe aus pflanzlichen Abfallprodukten
Neben solchen innovativen Betonrezepturen befasste sich ReMatBuilt auch mit der Entwicklung von Dämmplatten aus pflanzlichen Abfallprodukten. Als Reststoffe kamen dabei Holzsägespäne sowie Reis- und Weizenstrohhalme zum Einsatz.
Diese besonders nachhaltigen Naturdämmstoffe kombinierten die Projektpartner auch mit zuvor entwickelten Recycling-Betonbausteinen. So entstand ein Wandsystem aus vorgefertigten, gedämmten Betonblöcken. Für die Anwendung als Geschossdecke entwickelten die Forschenden zudem einen Holz-Beton-Verbund, der Recycling-Beton mit Furnierschichtholz und Brettsperrholz kombiniert.
Schneller Praxiseinsatz möglich
„Die Idee, Baumaterialien zu recyceln und mit alternativen Werkstoffen aus der Natur zu experimentieren, ist nicht neu“, gibt Prof. Yan zu. „Was unser Vorhaben einzigartig macht, ist sein ganzheitlicher Ansatz. Wir kombinieren unser Wissen um die Verfahren und die Eigenschaften der verschiedenen Materialien, um die chemische, physikalische und mechanische Leistung von der Mikro- bis zur Makroskala zu verstehen und erreichen damit bereits ein sehr hohes Technology Readiness Level – ein wichtiger Aspekt im Hinblick auf die praktische Anwendung.“
Nach Aussagen des Fraunhofer WKI wären die entwickelten Lösungen schnell in der Baupraxis einsetzbar und könnten den Anteil erneuerbarer Rohstoffe im Bauwesen signifikant erhöhen. Die Gestaltung der Produkte und aller vorgelagerten Verfahrensschritte wurde zudem so realisiert, dass sie den landesspezifischen Regularien sowohl in Deutschland als auch in China entsprechen.
Es gibt noch einen anderen Aspekt, der Libo Yan sehr wichtig ist. „Wir können mit unserer Arbeit einen signifikanten Beitrag zum Wiederaufbau der Ukraine leisten“, ist der Projektleiter überzeugt und präzisiert: „Es ist schrecklich, aber Tag für Tag fallen hier riesige Mengen Bauschutt an. Zudem ist das Land reich an natürlichen Rohstoffen und einer der weltgrößten Exporteure von Agrarrohstoffen wie Getreide – Weizen, Mais oder Reis.“ Kurzum: Die innovativen ReMatBuilt-Baustoffe könnten in Zukunft auch beim schnellen, kostengünstigen und nachhaltigen Wiederaufbau der Ukraine helfen.
