Additive Fertigung
Schnell trocknendes 3D-gedrucktes Clay-Hanf-Polymer als Ersatz für Beton
Betons ökologische Grenzen: Sandverbrauch und CO₂-Emissionen
Beton ist in den letzten Jahrzehnten zum zentralen Material im Bauwesen geworden, insbesondere in dichten städtischen Umgebungen. Es hat progressiv Ziegel, Stein und Holz ersetzt, dank seiner geringen Kosten, seiner leichten Verwendung und seiner Skalierbarkeit.
Aber es ist nicht ohne Probleme.
Zunächst ist es bei der Ressourcennutzung weit entfernt von einem nachhaltigen Produkt. Es verbraucht enorme Mengen an Sand, sodass Berichte nahelegen, dass die Welt “aus Sand ausgeht”.
Quelle: Visual Capitalist
Die Produktion von Zement ist auch eine sehr energieintensive Aktivität. Sie wird fast ausschließlich durch fossile Brennstoffe angetrieben, was zu der Folge führt, dass die Zementproduktion für 8% der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich ist.
Dies ist vergleichbar mit den Emissionen von Autos und Transportern, die für 10% der globalen Emissionen verantwortlich sind. Folglich würde die Verbesserung der Nachhaltigkeit von Beton genauso wirkungsvoll sein wie die Umstellung aller Autos der Welt auf Elektrofahrzeuge und ihre ausschließliche Betreibung mit grüner Energie.
Wie das 3D-Drucken von Clay-Hanf eine low-carbon-Beton-Alternative schafft
Parallel zur Suche nach umweltfreundlicheren Alternativen zum herkömmlichen Beton entstand die Idee, 3D-Druck-Prinzipien zum Hausbau zu verwenden.
Anstelle von arbeitsintensiven Methoden wie der Verlegung von Ziegeln kann eine automatisierte 3D-Druckmaschine Wände schnell zusammenbauen.
Allerdings eliminiert das Drucken der Wände nicht die lange Aushärtezeit, die für Beton erforderlich ist; es gibt immer noch eine Wartezeit von 28 Tagen, bevor die Struktur ihre volle Festigkeit erreicht.
Forscher der Oregon State University haben nun einen Beton-Ersatz entwickelt, der wesentlich weniger CO₂-intensiv ist und mit 3D-Druck-Technologie kompatibel bleibt.
Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in Advanced Composites and Hybrid Materials1 unter dem Titel “3D-Drucken von nachhaltiger Infrastruktur mit schnell aushärtendem Clay-Beton und bio-basierten Additiven“.
Swipe zum Scrollen →
| Eigenschaft | Herkömmlicher Zement-Beton | Clay-Hanf-Polymer-Beton (OSU) | Low-Carbon-Elektrolyse-Zement (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Binder | Portland-Zement, Brenner-Gebrannt | Acrylamid-basiertes Polymer-Bindemittel mit RICFP | Elektrolyse-basiertes Bindemittel, hergestellt bei Raumtemperatur |
| Bio-basiert / in-situ-Gehalt | Gering; hauptsächlich abgebaute Aggregate | ≈75% Clay, Sand, Hanf-Fasern, Biochar nach Gewicht | Hängt von lokalen Calcium-Quellen ab (industrielle Nebenprodukte, Gesteine) |
| Festigkeit direkt nach dem Drucken | Effektiv 0 MPa; erfordert Schalung | ≈3 MPa direkt nach dem 3D-Drucken | Frühzeitige Festigkeitskurve wird noch skaliert und getestet |
| Tage, um 17–24 MPa strukturelle Festigkeit zu erreichen | Typischerweise bis zu 28 Tage | ≈3 Tage, um 17 MPa zu überschreiten | Ziel ist, ähnlich oder besser zu sein, variiert je nach Mischung und Anlage |
| Vollständige Aushärtezeit | ≈28 Tage | ≈8–14 Tage (über 40 MPa) | Anlagen-spezifisch; konzipiert, um den Brenner-Prozess zu vermeiden |
| CO₂-Fußabdruck im Vergleich zu herkömmlichem Portland-Zement | Hoch (Brenner und Prozessemissionen) | Niedriger, dank bio-basierter Aggregate und ohne Zement-Brenner | Konzipiert, um wesentlich niedriger zu sein, indem die Kalkstein-Kalzination vermieden wird |
| 3D-Druck-Fähigkeit | Erfordert Unterstützungen, langsames Aushärten, begrenzte Überhänge | Kann freistehende Überhänge und Lücken ohne Unterstützungen drucken | Frühzeitige Phase; Fokus auf Chargen-Produktion von low-carbon-Zement |
Innerhalb des Clay-Hanf-Polymers: RICFP und bio-basierte Aggregate
Zement besteht typischerweise aus Calcium, Silicium, Aluminium und Eisen, die letztendlich in einem Brenner erhitzt und zu einem feinen Pulver gemahlen werden.
Stattdessen entwickelten die Forscher ein 3D-druckbares, clay-basiertes Baumaterial mit einer Methode, die als Radical-Induced Cationic Frontal Polymerization (RICFP) bekannt ist.
Es basiert auf drei wichtigen chemischen Komponenten:
- Ein Monomer, das in Gegenwart eines freien Radikals polymerisiert.
- Ein Vernetzer, der Polymer-Stränge verbindet.
- Ein Initiator, der unter hoher Temperatur die notwendigen freien Radikale freisetzt, um die Polymerisation zu starten.
Die Forscher erreichten dies, indem sie den RICFP-Binder mit Clay-Aggregat, Sand, Biochar und Hanf-Fasern kombinierten, um die Druckfestigkeit, Isolierung und Nachhaltigkeit zu verbessern. Dazu wurde ein Binder hinzugefügt, der aus Acrylamid (ACR)-Monomer, Methylenebisacrylamid (MBA)-Vernetzer und Ammonium-Persulfat (APS) bestand.
Insgesamt konnte damit 70–80% bio-basierte Materialien nach Gewicht verwendet werden.
Überlegene Festigkeit und schnelleres Aushärten als herkömmlicher Beton
Die Hauptverbesserung, die dieses Material im Vergleich zu Beton bietet, ist die höhere Festigkeit, insbesondere direkt nach dem 3D-Drucken.
Mit einer bebaubaren Festigkeit von 3 Megapascal (MPa) ermöglicht es den Bau von mehrschichtigen Wänden und freistehenden Überhängen wie Dächern.
Diese Festigkeit nimmt mit der Zeit zu und schafft ein sehr solides Endgebäude.
“Es übertrifft 17 Megapascal, die Festigkeit, die für Wohnungs-Beton erforderlich ist, in nur drei Tagen, im Vergleich zu bis zu 28 Tagen für herkömmlichen zement-basierten Beton.”
Devin Roach – Assistant Professor of Mechanical Engineering, OSU College of Engineering
Ein weiterer Vorteil ist die Aushärtezeit: Das Material erreicht die 17 MPa Festigkeit, die für Wohnungs-Beton erforderlich ist, in nur drei Tagen. Es aushärtet vollständig in weniger als zwei Wochen – im Vergleich zu etwa 28 Tagen für herkömmlichen zement-basierten Beton.
Die Forscher testeten auch verschiedene 3D-Druck-Verfahren. Sie demonstrierten, dass höhere Festigkeit und schnelle Polymerisation es dem neuen Gemisch ermöglichen, ohne eine untergeordnete Struktur gedruckt zu werden.
Diese neue Methode könnte auch verwendet werden, um normal geformte Türen und Fenster zu drucken, die normalerweise extra Materialien oder spezielle Methoden mit Beton-3D-Drucken erfordern.
“Die Fähigkeit des Materials, freistehende Strukturen ohne die Verwendung von Unterstützungen zu drucken, einschließlich verschiedener und einzigartiger Fähigkeiten des Druckens mit frontalem Polymer-Beton.”
Was das 3D-Drucken von Clay-Hanf für zukünftige Gebäude bedeuten könnte
Während 3D-gedruckte Häuser und Baumaterialien ursprünglich Beton verwendeten, ist es wahrscheinlich, dass diese neue Bauweise von neuen Materialien profitieren wird.
Für jetzt, da es sich noch in einem experimentellen Stadium befindet, ist das clay-hanf-biochar-basierte Material teurer als Beton.
Aber weitere Verfeinerung und Reduzierung der Baukosten, dank 3D-Druck-Effizienzen, sollten es letztendlich mit herkömmlichen Materialien gleichstellen.
Darüber hinaus könnte der überlegene CO₂-Fußabdruck ein entscheidender Faktor sein, wenn Kohlenstoffsteuern den Zement-Preis stark beeinflussen.
Investitionen in Zement-Produktion
Investor-Takeaway – Clay-Hanf-3D-Drucken & CRH
Clay-Hanf-Polymer-Beton ist noch im Labor- und Pilot-Stadium, aber es befindet sich im Sog von drei mächtigen Kräften: Bau-Entkarbonisierung, automatisiertes 3D-gedrucktes Bauen und schnell aushärtende Materialien, die Projekt-Zeitpläne komprimieren. Die Oregon State University-Mischung zeigt, wie bio-basierte Aggregate und Polymer-Chemie strukturelle Festigkeit in Tagen anstelle von Wochen liefern können, mit einem viel geringeren CO₂-Fußabdruck als herkömmlicher Zement. Für öffentliche Markt-Investoren ist CRH einer der klarsten Wege, um an diesem Übergang teilzuhaben. Das Unternehmen ist der größte Recycler in Nordamerika, hat bereits begonnen, Zement-Emissionen mit alternativen Brennstoffen zu reduzieren und investiert Kapital in low-carbon-Zement-Innovatoren wie Sublime Systems, CO₂-Abscheide-Technologien und künstliche Intelligenz-gesteuerte Misch-Optimierung. Wenn elektrolyse-basiertes Zement und fortschrittliche 3D-gedruckte Mischungen kommerziell skaliert werden, sind etablierte Unternehmen mit globaler Verteilung, Kapital und regulatorischen Beziehungen – wie CRH – am besten positioniert, um den Übergang zu besitzen, anstatt davon gestört zu werden.
CRH: Ein nachhaltiger Zement-Marktführer und Dekarbonisierungs-Spiel
(CRH )
Als einer der weltweiten Marktführer in der Zement-Produktion wird CRH instrumental sein, um die Zement-Produktion zu einer nachhaltigeren Industrie zu machen. Es rangiert auf Platz 1 im Gesamtvolumen der bereitgestellten Baumaterialien in beiden US- und europäischen Märkten.
Das Unternehmen ist in 28 Ländern und 3.390 Standorten tätig, beschäftigt 78.500 Menschen und erzielte 2023 65% seines globalen Umsatzes in den CRH Americas.
CRH erwartet robuste Ausgaben der westlichen Regierungen für die Infrastruktur, um sein Geschäft zu fördern. Die Trends der Re-Industrialisierung und der Rückverlagerung der Hochtechnologie-Produktion sollten auch helfen.
Quelle: CRH
CRH hat ernsthafte Fortschritte in der Nachhaltigkeit mit einer Reihe von Initiativen erzielt:
- Es ist der größte Recycler in Nordamerika, mit 43,9 Millionen Tonnen Abfall und Nebenprodukten aus anderen Industrien, die 2023 recycelt wurden.
- Es reduzierte seine CO₂-Emissionen 2023 um 8%, dank der Verwendung von 36% alternativen Brennstoffen in seinen Zement-Werken.
- Es zielt auf eine Reduzierung der Emissionen um 30% bis 2030 ab (im Vergleich zu den Emissionen von 2021).
Dies ist an sich lobenswert, aber es kann als zu wenig, zu spät angesehen werden, angesichts der CO₂-Emissionen der Beton-Industrie.
Glücklicherweise ist CRH auch ein Treiber von grundlegenden Veränderungen in der Branche. Insbesondere hat es 75 Millionen Dollar in das low-carbon-Zement-Unternehmen Sublime investiert, zusammen mit dem europäischen Beton-Riesen Holcim.
Sublime Systems wurde 2020 aus dem MIT heraus gegründet, um einen Elektrolyseur zu nutzen, um Zement bei Raumtemperatur herzustellen, anstelle von energie- und fossile Brennstoffe-intensiven Brennern. Es ermöglicht auch die Verwendung von Calcium-Quellen als Eingangs-Material, anstatt CO₂ aus Kalkstein-Eingangs-Material freizusetzen.
Sublimes erste kommerzielle Anlage in Holyoke soll bereits 2026 eröffnet werden. Wenn sie sich als erfolgreich erweist, könnte sie der wahre Game-Changer für die Zement-Industrie sein und den Weg für skalierte low-Emissions-Beton ebnen.
CRH investierte auch in andere Dekarbonisierungs- und Nachhaltigkeits-Startups:
- 23,7 Millionen Euro in Cool Planet Technologies, das Lösungen für die CO₂-Abscheidung in Branchen entwickelt, die traditionell schwierig zu dekarbonisieren sind.
- 34,7 Millionen Dollar von CRH und anderen Investoren in Carbon Upcycling Technologies, die eine all-elektrische Mineralisierungslösung verwenden, um CO₂ dauerhaft in industriellen Nebenprodukten und Mineralien wie Zement, Kunststoffen, Verbraucherprodukten, Düngemitteln und Pharmazeutika zu speichern.
- AICrete, eine “Rezept-as-a-Service”-Plattform, die mit lokalen Beton-Herstellern zusammenarbeitet, um lokale Materialien zu optimieren und den Zement-Verbrauch zu minimieren, indem sie künstliche Intelligenz-Analysen verwendet, um sowohl den CO₂-Fußabdruck als auch die Kosten der Beton-Produktion zu reduzieren.
- FIDO AI’s Series-B-Finanzierung ist ein Startup, das künstliche Intelligenz verwendet, um den Wasserverbrauch zu reduzieren und Wassereinsparungen zu erhöhen.
Schließlich investiert CRH auch in 3D-Beton-Drucken (3DCP) über sein Tochterunternehmen Amerimix.
Insgesamt ist CRH ein profitabler Marktführer in der Beton- und Bauindustrie und bereitet sich sehr aktiv auf die Dekarbonisierung der Branche vor, sowohl direkt in bestehenden Anlagen als auch durch die Bereitstellung von Kapital für innovative Startups, die die nächste Generation von Zement- und Beton-Produktionstechnologie, einschließlich Dekarbonisierung und 3D-Drucken, schaffen.
Neueste CRH (CRH) Aktien-Nachrichten und Entwicklungen
Studie zitiert
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. 3D-Drucken von nachhaltiger Infrastruktur mit schnell aushärtendem Clay-Beton und bio-basierten Additiven. Advanced Composites and Hybrid Materials. Band 8. 01. Oktober 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
