Kohlenstoffnegative Baumaterialien könnten Beton ersetzen

Die Umweltkosten von traditionellem Beton

Wenn man den heutigen Bausektor betrachtet, ist offensichtlich, dass Beton eines der am häufigsten verwendeten Materialien ist. Der Großteil des Neubaus setzt auf Beton wegen seiner Erschwinglichkeit, Verfügbarkeit und Flexibilität.

Statistiken zum Betonmarkt

Der globale Betonmarkt wird derzeit mit 402,87 Milliarden $ bewertet, wobei der US-Zementmarkt im Jahr 2025 allein $15,22 Mrd übertrifft. Diese Nachfrage stammt aus mehreren Quellen, darunter staatliche Infrastrukturprojekte wie Straßen und Autobahnen, die 11 % der Nachfrage ausmachen.

Rechenzentren waren ein weiterer Grund für das jüngste Wachstum des Betonmarktes. Laut Berichten machten Rechenzentren im Jahr 2025 247.000 Tonnen Beton aus, wobei Analysten für 2026 noch stärkeres Wachstum in diesem Sektor prognostizieren.

Moderne Bauweise ist verschwenderisch

Es gibt mehrere Probleme, die im Zusammenhang mit der wachsenden Nachfrage nach Betonbaustoffen aufgetaucht sind. Erstens ist der Prozess sehr belastend für die Umwelt. Laut Berichten verursacht der Betonbau 8 % der globalen CO₂-Emissionen. Leider ist das aktuelle Fertigungsverfahren energieintensiv und erfordert, dass Beton während seines wochenlangen Aushärtungsprozesses bei hohen Temperaturen gebacken wird.

Nachhaltige Bautechnologien

Im Bewusstsein der Notwendigkeit, ein Gleichgewicht zu finden und Nachhaltigkeit zu erreichen, haben Ingenieure unzählige Stunden damit verbracht, Wege zu finden, nachhaltige Bautechnologien zu entwickeln. Diese Strategien decken ein breites Spektrum ab, von der Nutzung von Biomaterialien bis hin zu revolutionären Designs, die weniger Materialien für die Fertigstellung benötigen.

Quelle – WPI

Eine der interessantesten Methoden, mit denen Ingenieure versucht haben, die Auswirkungen der Betonherstellung zu reduzieren, ist die Verwendung von hydrogelbasierten Gerüsten. Dies ist die Art von Beton, die es ermöglicht, Wassererosion zu widerstehen und nicht in gefährlichen Konzentrationen ins Wasser zu gelangen.

Probleme mit heutigen nachhaltigen Bautechnologien

In den letzten zehn Jahren wurde viel Forschung betrieben, um die Umweltauswirkungen der Betonherstellung zu verringern. Bis heute erforderten die meisten Ansätze jedoch komplexe Fertigungsverfahren, die nicht skalierbar sind, oder zumindest eine zusätzliche Beschichtung oder Schutzschicht. Dieser Mangel an Ergebnissen führte viele Forscher zu der Annahme, dass es nahezu unmöglich sei, kohlenstoffnegative Baumaterialien mit energiearmen Methoden zu erzeugen.

WPI-Studienergebnisse: Enzymatische Materialien vs. Beton

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Glücklicherweise haben die WPI-Forscher die Botschaft nicht erhalten. Die Studie „Durable, high-strength carbon-negative enzymatic structural materials via a capillary suspension technique“ ¹, veröffentlicht in der Fachzeitschrift *Matter*, erklärt, wie das Team kohlenstoffsenkende Baumaterialien mittels enzymkatalysierter Mineralisationsverbundformationen herstellen konnte.

Enzymkatalysierte Mineralisation

Genau genommen entwickelte das Team ein eigens konzipiertes Enzymgemisch zusammen mit einer kapillaren Suspensionsstrategie, die es ermöglichte, ausgefällte Calciumminerale in einer Kohlenstoffmatrix zu fangen. Sobald die Partikel in die Matrix eingewoben sind, binden sie sich natürlich zusammen.

Enzymatisches Strukturmaterial (ESM)

Dieser Ansatz eliminiert die Notwendigkeit künstlicher Aushärtemethoden wie das Backen in Öfen bei intensiver Hitze. Er erzeugt zudem ein formbares Material, das strukturelle Festigkeit auf dem Niveau von Betonalternativen bietet. Im Zentrum dieser Technologie steht die Nutzung thermischer Aushärtestrategien, um natürlich CaCO₃-verbundene ternäre Verbundstoffe mit einstellbarer Porosität und mechanischen Eigenschaften zu erzeugen.

CO₂-Bindung

Abgesehen davon, dass ESM leichter herzustellen und weniger umweltschädlich ist, hat es einen weiteren großen Vorteil: Es funktioniert tatsächlich als Kohlenstoffsenke. Kohlenstoffsenken fangen CO₂ ein, entfernen es aus der Atmosphäre und lagern es dauerhaft.

Quelle – Cell

Beeindruckend ist, dass ESM Enzyme besitzt, die CO₂ verfestigen und in ein noch festeres Material umwandeln. Diese CO₂-Bindungsstruktur verschafft ihm einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Umweltwirkung. Sein kohlenstoffnegatives Design und die Senkefähigkeit bringen das Material in Einklang mit den UN-Umweltleitlinien für eine nachhaltige Zukunft.

Test von kohlenstoffsenkenden Baumaterialien

Nima Rahbar und sein Team prüften ihr neues Material hinsichtlich Festigkeit, Haltbarkeit, Hydro‑Resistenz und CO₂‑Bindungsfähigkeit. Sie testeten außerdem die Festigkeit des Materials, nachdem es in verschiedene Formen gegossen und mit unterschiedlichen Prozessen verarbeitet worden war, um den Ansatz zu verfeinern.

Ergebnisse der Studie zu kohlenstoffsenkenden Baumaterialien

Die Studienergebnisse waren positiv. Beeindruckend übertraf ESM Beton in Bezug auf Hydro‑Resistenz. Zusätzlich zeigten die Berichte, dass das Material eine Hydrochar‑Mikrostruktur nutzte, um die strukturelle Festigkeit gegenüber traditionellem Beton zu übertreffen.

Genauer gesagt registrierte das Material eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 25,8 MPa. Dieser Wert stellt diese Materialien über die aktuellen Fähigkeiten anderer nachhaltiger Baualternativen, einschließlich Living Building Materials (LBMs) und Engineered Living Materials (ELMs), hinaus.

Die Ingenieure stellten zudem fest, dass das Produktionsverfahren im Vergleich zu traditionellem Beton deutlich umweltfreundlicher ist. Die Herstellung eines Kubikmeters ESM erzeugte nur 6 kg CO₂ im Vergleich zu 330 kg, die für die gleiche Menge traditionellen Betons nötig wären.

Vorteile von enzymatischen Strukturmaterialien (ESM)

Es gibt eine lange Liste von Vorteilen, die ESM auf den Markt bringt. Zum einen bietet es eine vergleichbare Alternative zu traditionellem Beton, der aufgrund seiner weiten Verbreitung bereits über umfangreiche Infrastruktur und Fachkräfte verfügt, die ESM nun ohne größere Änderungen nutzen können.

ESM liefert dank des Partikelbindungs‑ und Aushärtungsprozesses mehr Festigkeit. Außerdem härtet es viel schneller aus als Beton. Traditionelle Optionen benötigen mindestens 28 Tage für eine ordnungsgemäße Aushärtung. Im Vergleich härtet ESM in wenigen Stunden aus, was schnelles Bauen und Reparieren ermöglicht.

Kosteneffizient

Es gibt zudem finanzielle Gründe, warum ESM als Meilenstein im Sektor gilt. Einerseits reduziert es den Arbeitsaufwand während der Fertigung. Darüber hinaus bedeutet seine Reparierbarkeit geringere Wartungskosten. Auch die extreme Formbarkeit des Materials verringert Bauabfälle, senkt Baukosten und verlängert die Lebensdauer von Projekten.

Skalierbarkeit

Ein weiterer großer Pluspunkt von ESM ist, dass es hochskaliert und industriell produziert werden kann. Es bietet vergleichbare Festigkeit und Formbarkeit bei weniger Abfall. All diese Faktoren bedeuten mehr Gewinn für Betonhersteller und höhere Qualität für Anwender.

Umweltfreundlich

Wenn man das große Ganze betrachtet, bietet ESM eine praktikable Alternative zu traditionellem Beton – eine, die umweltfreundlich ist. Sein Kohlenstoffsenken‑Design könnte helfen, den Klimawandel zu bekämpfen und die Auswirkungen von Städten, Straßen und mehr zu reduzieren.

Außerdem wurde das Material von Anfang an so konzipiert, dass es recycelbar ist. Ziel ist ein zirkulärer Herstellungsprozess. Wenn dies gelingt, könnte ESM entscheidend dazu beitragen, bezahlbaren Wohnraum, Infrastruktur und Wartungsprojekte in Zukunft zu erhalten.

Kommerzieller Zeitplan für kohlenstoffnegativen Beton

Für ESM gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Zukunft. Beispielsweise könnte man seine Nutzung in zukünftigen Infrastruktur‑ und Großbauprojekten sehen. Die Integration von CO₂‑bindenden Materialien wird helfen, die Auswirkungen der ausgedehnten menschlichen Expansion und schrumpfender Wälder zu verringern.

Insbesondere sind Straßen eine der Hauptursachen für CO₂‑Emissionen. Von ihren Asphalt‑ und Betonherstellungsprozessen über die Verlegung bis hin zu den Fahrzeugen, die darauf fahren – jeder Schritt erzeugt mehr CO₂. Der Einsatz von ESM würde Straßen schaffen, die CO₂ aus Fahrzeugen einfangen und so Emissionen reduzieren.

Kommerzialisierungszeitplan & Akzeptanzprognose

Man könnte ESM innerhalb der nächsten fünf Jahre im Einsatz sehen. Es sind jedoch noch weitere Tests erforderlich, bevor das Material in großen Infrastrukturprojekten akzeptiert wird. Es stimmt jedoch mit dem UN‑Net‑Zero‑Kohlenstoff‑Charter überein und bietet günstigere Fertigung bei geringerem Umwelteinfluss. Daher wird diese Technologie voraussichtlich eine massive Nachfrage erleben.

Forscher zu kohlenstoffsenkenden Baumaterialien

Die Studie zu kohlenstoffsenkenden Baumaterialien wurde von Wissenschaftlern des Worcester Polytechnic Institute (WPI) geleitet. Insbesondere ist Ralph H. White Family Professor und Leiter der Abteilung für Bau-, Umwelt‑ und Architekturingenieure, Nima Rahbar, als Hauptforscher aufgeführt. Das Papier listet außerdem Shuai Wang, Pardis Pourhaji, Dalton Vassallo, Sara Heidarnezhad und Suzanne Scarlata als Mitwirkende auf.

Zukunft der kohlenstoffsenkenden Baumaterialien

Das Team wird nun darauf abzielen, renommierte Industriepartner zu gewinnen, um den ESM‑Fertigungsprozess zu skalieren. Dieser Schritt erfordert, dass sie weiter untersuchen, wie die mechanischen Eigenschaften, die Haltbarkeit und die Effizienz von ESM verbessert werden können.

Öffentliche Marktexposition zu nachhaltigem Bau

Es gibt verschiedene Unternehmen, die Millionen in die Forschung investiert haben, um bessere Alternativen zu den heutigen verschwenderischen Bautechnologien zu finden. Diese Firmen verstehen, dass Nachhaltigkeit der Schlüssel zur Sicherung des zukünftigen Wohlstands ist. Hier ist ein Unternehmen, das kontinuierlich Innovationen vorantreibt und dabei ein renommiertes Ansehen in der Branche bewahrt.

CRH (CRH)

Während laborbasierte Lösungen wie ESM noch in den Kinderschuhen stecken, ist der Branchengigant CRH der wahrscheinlichste Akteur, um sie zu skalieren. Als führendes Bau‑Materialunternehmen in Nordamerika hat CRH mit seinem 250 Mio. $‑Venturing‑&‑Innovation‑Fund aggressiv über traditionellen Beton hinausgegangen.

Bemerkenswerterweise hat CRH eine Partnerschaft mit Carbon Upcycling Technologies (CUT) geschlossen, um CO₂‑Bindung im industriellen Maßstab zu realisieren. Im Juli 2025 hat die Tochtergesellschaft Ash Grove von CRH den Grundstein für eine weltweit erste Anlage in Mississauga, Ontario, gelegt, die CO₂ direkt aus Zementöfen abfängt und in Baumaterialien mineralisiert. Dies entspricht exakt den in der WPI‑Studie dargestellten Kohlenstoffsenken‑Prinzipien.

Durch Investitionen in Start‑ups über seinen „Sustainable Building Materials“-Accelerator fungiert CRH als Brücke zwischen akademischen Durchbrüchen und industrieller Realität und wird damit zu einem „Pick‑and‑Shovel“-Spiel für die Dekarbonisierung der Infrastruktur.

Bemerkenswerterweise zeigte CRH im Jahr 2026 positive Kursbewegungen und sprang am 9. Januar 2026 von 125,51 $ auf 131,38 $. Derzeit weist die 50‑Tage‑Durchschnittslinie eine bullische Tendenz auf, die mit den aktuellen Jahresgewinnen von 31 % im Einklang steht.

Neueste Nachrichten und Performance von CRH (CRH)

Kohlenstoffsenkende Baumaterialien | Fazit

Beeindruckend könnte die harte Arbeit und das Engagement des Teams zu einer monumentalen Marktverschiebung führen. Wenn selbst nur 1 % des globalen Bauwesens zu kohlenstoffnegativen Materialien wie ESM wechseln würden, könnte dies den Markt auf ein neues Niveau heben und gleichzeitig die CO₂‑Emissionen künftig reduzieren.

Betrachtet man die zusätzliche Nachhaltigkeit, die reduzierten Kosten und die Modularität, lässt sich leicht eine Zukunft vorstellen, in der Hersteller lieber mit ESM statt mit traditionellem Beton arbeiten. All diese Faktoren, kombiniert mit günstigerer und schnellerer Aushärtung, einstellbarer Festigkeit und Wiederverwertbarkeit, könnten die Akzeptanz in Zukunft vorantreiben.

Erfahren Sie mehr über weitere bahnbrechende Nachhaltigkeitsprojekte hier.

Referenzen

^{1. Wang, S., Pourhaji, P., Vassallo, D., Heidarnezhad, S., Scarlata, S., & Rahbar, N. (2025). Durable, high-strength carbon-negative enzymatic structural materials via a capillary suspension technique. Matter, 102564. https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102564}