CO2-negative Baustoffe könnten Beton ersetzen

Die Umweltkosten von herkömmlichem Beton

Betrachtet man den heutigen Bausektor, wird deutlich, dass Beton zu den am weitesten verbreiteten Baustoffen zählt. Der Großteil des Neubaus basiert auf Beton, da er kostengünstig, verfügbar und flexibel einsetzbar ist.

Statistiken zum Betonmarkt

Der globale Betonmarkt hat derzeit einen Wert von 402.87 Milliarden US-Dollar, wobei der US-Zementmarkt den 20.000er-Markt übertrifft. $ 15.22B Allein im Jahr 2025. Diese Nachfrage stammte aus verschiedenen Quellen, darunter staatliche Infrastrukturprojekte wie Straßen und Autobahnen, die 11 % der Nachfrage ausmachten.

Rechenzentren waren ein weiterer Grund für die jüngste Expansion des Betonmarktes. Laut BerichteIm Jahr 2025 wurden für Rechenzentren 247,000 Tonnen Beton benötigt, und Analysten prognostizieren für 2026 ein noch stärkeres Wachstum in diesem Sektor.

Modernes Bauen ist verschwenderisch

Im Zusammenhang mit der steigenden Nachfrage nach Betonbaustoffen sind mehrere Probleme aufgetreten. Zum einen ist der Herstellungsprozess sehr umweltschädlich. Berichten zufolge ist der Betonbau für 8 % der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich. Leider ist das derzeitige Herstellungsverfahren energieintensiv, da der Beton während des wochenlangen Aushärtungsprozesses hohen Temperaturen ausgesetzt werden muss.

Nachhaltige Bautechnologien

In Anerkennung der Notwendigkeit, ein Gleichgewicht zu finden und Nachhaltigkeit zu erreichen, haben Ingenieure unzählige Stunden damit verbracht, Wege für nachhaltige Bautechnologien zu finden. Diese Strategien umfassen ein breites Spektrum an Ansätzen, von der Verwendung von Biomaterialien bis hin zu revolutionären Konstruktionen, die mit weniger Material auskommen.

Quelle - WPI

Eine der interessantesten Methoden, mit denen Ingenieure die Auswirkungen der Betonherstellung reduzieren wollen, ist der Einsatz von Hydrogel-basierten Gerüsten. Diese Betonart ermöglicht es, Wassererosion zu widerstehen und keine gefährlichen Mengen an Stoffen ins Wasser abzugeben.

Probleme mit nachhaltigen Bautechnologien heute

In den letzten zehn Jahren wurden zwar Fortschritte bei der Forschung zur Reduzierung der Umweltauswirkungen der Betonherstellung erzielt. Bislang erforderten die meisten Ansätze jedoch komplexe Herstellungsverfahren, die sich nicht skalieren lassen, oder zumindest eine zusätzliche Beschichtung oder Schutzschicht. Aufgrund dieser mangelnden Erfolge gingen viele Forscher davon aus, dass es nahezu unmöglich sei, klimaneutrale Baustoffe mit energiearmen Verfahren herzustellen.

Ergebnisse der WPI-Studie: Enzymatische Materialien im Vergleich zu Beton

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Zum Glück haben die Forscher des WPI das nicht mitbekommen.Dauerhafte, hochfeste kohlenstoffnegative enzymatische Strukturmaterialien mittels Kapillarsuspensionstechnik ¹ Eine in der Fachzeitschrift Matter veröffentlichte Studie erklärt, wie das Team mithilfe von enzymkatalysierten Mineralisierungs-Kompositformationen Kohlenstoffsenken-Baumaterialien herstellen konnte.

Enzymkatalysierte Mineralisierung

Konkret entwickelte das Team eine speziell abgestimmte Enzymmischung in Verbindung mit einer Kapillarsuspensionsstrategie, die es ihnen ermöglichte, ausgefällte Calciummineralien in einer Kohlenstoffmatrix einzuschließen. Sobald die Partikel in die Matrix eingebettet sind, verbinden sie sich auf natürliche Weise miteinander.

Enzymatisches Strukturmaterial (ESM)

Dieses Verfahren macht künstliche Aushärtungsmethoden wie das Backen unter starker Hitze überflüssig. Es erzeugt zudem ein formbares Material mit einer Festigkeit, die mit Betonalternativen vergleichbar ist. Kern dieser Technologie ist die Nutzung thermischer Aushärtungsstrategien zur natürlichen Herstellung von CaCO₃-verbrückten ternären Verbundwerkstoffen mit einstellbarer Porosität und mechanischen Eigenschaften.

CO2-Abscheidung

Abgesehen davon, dass ESM einfacher herzustellen und umweltschonender ist, bietet es einen weiteren entscheidenden Vorteil: Es fungiert als Kohlenstoffsenke. Kohlenstoffsenken binden CO₂, entfernen es aus der Atmosphäre und speichern es.

Quelle - Zelle

ESM verfügt beeindruckenderweise über Enzyme, die CO₂ verfestigen und in ein festeres Material umwandeln. Diese Struktur zur Kohlenstoffbindung bietet einen entscheidenden Vorteil hinsichtlich der Umweltverträglichkeit. Dank seiner CO₂-negativen Konstruktion und seiner Fähigkeit, CO₂ zu speichern, entspricht dieses Material den UN-Umweltrichtlinien für eine nachhaltige Zukunft.

Materialtest für den Bau von Kohlenstoffsenken

Nima Rahbar und sein Team testeten ihr neues Material auf Festigkeit, Haltbarkeit, Wasserbeständigkeit und CO₂-Bindungskapazität. Sie prüften außerdem die Festigkeit des Materials nach dem Formen in verschiedene Gestalten und unter Anwendung unterschiedlicher Verfahren, wodurch das Team seinen Ansatz optimieren konnte.

Ergebnisse einer Studie zu Baumaterialien mit Kohlenstoffspeicherung

Die Ergebnisse der Studie waren positiv. ESM übertraf Beton in puncto Wasserbeständigkeit deutlich. Darüber hinaus zeigten die Berichte, dass das Material dank seiner Hydrochar-Mikrostruktur herkömmlichen Beton hinsichtlich der Festigkeit übertrifft.

Das Material erreichte eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 25.8 MPa. Mit diesem Wert übertrifft es die derzeitigen Möglichkeiten anderer nachhaltiger Baualternativen, einschließlich lebender Baustoffe (LBMs) ​​und Engineered Living Materials (ELMs).

Die Ingenieure stellten außerdem fest, dass das Herstellungsverfahren im Vergleich zu herkömmlichem Beton deutlich umweltfreundlicher sei. Bei der Herstellung eines Kubikmeters ESM entstehen lediglich 6 kg CO₂, während für die Herstellung einer ähnlichen Menge herkömmlichen Betons 330 kg benötigt werden.

Vorteile enzymatischer Strukturmaterialien (ESM)

ESM bietet dem Markt eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen stellt es eine vergleichbare Alternative zu herkömmlichem Beton dar, der aufgrund seiner weitverbreiteten Verwendung bereits über eine umfangreiche Infrastruktur und Fachkräfte verfügt, die ESM nun ohne größere Umbaumaßnahmen einsetzen können.

ESM bietet dank des speziellen Partikelbindungs- und Aushärtungsprozesses eine höhere Festigkeit. Zudem härtet es deutlich schneller aus als Beton. Herkömmliche Verfahren benötigen mindestens 28 Tage für eine vollständige Aushärtung. ESM hingegen härtet innerhalb weniger Stunden aus. Dies ermöglicht eine schnelle Bauausführung und einfache Reparatur.

Kostengünstig

Es gibt auch finanzielle Gründe, warum ESM als wichtiger Meilenstein in der Branche gilt. Zum einen reduziert es den Arbeitsaufwand bei der Herstellung. Zum anderen bedeutet seine Reparierbarkeit geringere Wartungskosten. Darüber hinaus verringert die extreme Formbarkeit dieses Materials den Bauabfall, senkt die Baukosten und verlängert die Lebensdauer von Projekten.

Skalierbarkeit

Ein weiterer großer Vorteil von ESM ist seine Skalierbarkeit und die Möglichkeit der industriellen Produktion. Es bietet vergleichbare Festigkeit und Formbarkeit und reduziert den Abfall. All diese Faktoren bedeuten höhere Gewinne für Betonverarbeiter und höhere Qualität für die Anwender.

Umweltfreundlich

Im größeren Kontext betrachtet, bietet ESM eine praktikable Alternative zu herkömmlichem Beton. Eine umweltfreundliche Alternative. Durch sein Design als Kohlenstoffspeicher kann es dazu beitragen, den Klimawandel zu bekämpfen und die Auswirkungen von Städten, Straßen und vielem mehr zu reduzieren.

Das Material wurde von Anfang an so konzipiert, dass es recycelbar ist. Ziel ist ein Kreislaufproduktionsprozess. Im Erfolgsfall könnte ESM eine entscheidende Rolle dabei spielen, bezahlbaren Wohnraum, Infrastruktur und Instandhaltungsprojekte in Zukunft zu sichern.

Kommerzieller Zeitplan für kohlenstoffnegativen Beton

Für ESM gibt es zukünftig viele Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise könnte es in zukünftigen Infrastruktur- und Großbauprojekten zum Einsatz kommen. Die Integration von CO₂-bindenden Materialien wird dazu beitragen, die Auswirkungen der unkontrollierten Ausbreitung menschlicher Siedlungen und der schrumpfenden Wälder zu verringern.

Insbesondere Straßen zählen zu den Hauptverursachern von CO₂-Emissionen. Von der Herstellung von Asphalt und Beton über den Straßenbau bis hin zu den Fahrzeugen selbst – jeder Schritt trägt zur CO₂-Produktion bei. Der Einsatz von ESM (Elektronisches Sicherheitsmanagement) würde Straßen schaffen, die das CO₂ von Fahrzeugen binden und so die Emissionen reduzieren.

Kommerzialisierungs-Zeitplan und Adoptionsaussichten

ESM könnte innerhalb der nächsten fünf Jahre zum Einsatz kommen. Bevor dieses Material jedoch in großen Infrastrukturprojekten eingesetzt wird, sind weitere Tests erforderlich. Es entspricht der Klimaneutralitäts-Charta der Vereinten Nationen und ermöglicht eine kostengünstigere Herstellung bei gleichzeitig geringerer Umweltbelastung. Daher ist mit einer enormen Nachfrage nach dieser Technologie zu rechnen.

Forscher im Bereich kohlenstoffsenkender Baumaterialien

Die Studie zum Bau von Kohlenstoffsenken wurde von Wissenschaftlern des Worcester Polytechnic Institute (WPI) geleitet. Als Hauptverantwortlicher für diese Forschung wird Nima Rahbar, Ralph H. White Family Professor und Leiter des Fachbereichs Bau-, Umwelt- und Architekturingenieurwesen, genannt. Die Studie nennt außerdem Shuai Wang, Pardis Pourhaji, Dalton Vassallo, Sara Heidarnezhad und Suzanne Scarlata als Mitwirkende.

Kohlenstoffsenken-Baumaterialien Zukunft

Das Team wird sich nun darauf konzentrieren, namhafte Industriepartner zu gewinnen, um den ESM-Fertigungsprozess zu skalieren. Dieser Schritt erfordert eine weitere Untersuchung der Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, der Haltbarkeit und der Effizienz der ESM-Bauteile.

Öffentliche Marktpräsenz im Bereich nachhaltiges Bauen

Zahlreiche Unternehmen haben Millionen in die Forschung investiert, um bessere Alternativen zu den heutigen ressourcenverschwendenden Bautechnologien zu finden. Diese Firmen wissen, dass Nachhaltigkeit der Schlüssel zu zukünftigem Wohlstand ist. Hier ist ein Unternehmen, das kontinuierlich Innovationen vorantreibt und sich gleichzeitig einen hervorragenden Ruf in der Branche bewahrt hat.

CRH (CRH)

Während laborbasierte Lösungen wie ESM noch in den Kinderschuhen stecken, ist der Branchenriese CRH der etablierte Anbieter, der sie am ehesten skalieren kann. Als führendes Baustoffunternehmen in Nordamerika hat CRH mit seinem 250 Millionen Dollar schweren Innovationsfonds die traditionelle Betonproduktion deutlich erweitert.

CRH hat sich mit Carbon Upcycling Technologies (CUT) zusammengetan, um die CO₂-Abscheidung im industriellen Maßstab voranzutreiben. Im Juli 2025 erfolgte der Spatenstich für eine neuartige Anlage in Mississauga, Ontario, die CO₂ direkt aus Zementöfen abscheiden und zu Baumaterialien mineralisieren soll. Dies entspricht den im WPI-Bericht aufgezeigten Prinzipien der Kohlenstoffsenke.

Durch Investitionen in Startups über seinen Accelerator „Sustainable Building Materials“ fungiert CRH als Brücke zwischen akademischen Durchbrüchen und der industriellen Realität und leistet damit einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Infrastruktur.

Bemerkenswert ist, dass CRH im Jahr 2026 eine positive Entwicklung verzeichnete und am 9. Januar 2026 von 125.51 $ auf 131.38 $ sprang. Derzeit weist der 50-Tage-Durchschnitt eine bullische Tendenz auf, die mit den aktuellen jährlichen Gewinnen von 31 % übereinstimmt.

Aktuelle Neuigkeiten und Leistungen von CRH (CRH).

Kohlenstoffsenken-Baumaterialien | Fazit

Beeindruckend ist, dass der unermüdliche Einsatz des Teams zu einer grundlegenden Marktveränderung führen könnte. Schon eine Umstellung von nur 1 % der weltweiten Bauvorhaben auf CO₂-negative Materialien wie ESM könnte den Markt auf ein neues Niveau heben und gleichzeitig die CO₂-Emissionen zukünftig reduzieren.

Angesichts der zusätzlichen Nachhaltigkeit, der geringeren Kosten und der Modularität ist es leicht vorstellbar, dass Hersteller in Zukunft ESM dem herkömmlichen Beton vorziehen werden. All diese Faktoren, kombiniert mit einer kostengünstigeren und schnelleren Aushärtung, einstellbarer Festigkeit und Recyclingfähigkeit, könnten die Akzeptanz in Zukunft fördern.

Erfahren Sie mehr über andere bahnbrechende Nachhaltigkeitsprojekte. werden auf dieser Seite erläutert.

Referenzen

^{1. Wang, S., Pourhaji, P., Vassallo, D., Heidarnezhad, S., Scarlata, S. & Rahbar, N. (2025). Dauerhafte, hochfeste enzymatische Strukturmaterialien mit negativem Kohlenstoffgehalt, hergestellt mittels Kapillarsuspensionstechnik. Matter, 102564. https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102564}