3D-Druck für ressourcenschonenden Betonbau

Im EU-Projekt CARBCOMN arbeiten Forschende der Empa, der ETH Zürich und weiterer europäischer Partner an einer Betonbauweise mit geringerem CO₂-Fußabdruck. Statt auf materialintensive Konstruktionen mit konventioneller Stahlbewehrung setzt das Projekt auf digital gefertigte Bauteile, die vor allem auf Druck beansprucht werden. Die Strukturen orientieren sich damit an einem statischen Prinzip, das etwa von historischen Bogenkonstruktionen bekannt ist. Durch geometrisch optimierte Formen und den schichtweisen 3D-Druck soll der Materialeinsatz deutlich sinken. Zugleich lassen sich Hohlräume gezielt dort vorsehen, wo keine Verstärkung erforderlich ist.

Alternative Bindemittel statt Zement

Der im Projekt verwendete Beton besteht nach Angaben der Beteiligten ausschließlich aus Industrieabfällen. Anstelle von herkömmlichem Zement kommt unter anderem Stahlschlacke als Bindemittel zum Einsatz. Nach dem Druck werden die Bauteile in eine Kammer gebracht, in der CO₂ injiziert wird. Das Gas reagiert mit der Betonmischung, härtet das Material und wird zugleich gebunden. Ziel ist eine Betonrezeptur, die mit möglichst geringem CO₂-Ausstoß auskommt und dennoch ausreichende Festigkeit erreicht. Für bestimmte Anwendungen im Tiefbau gilt dieser Ansatz bereits als belastbare Grundlage.

Bewehrung nur an notwendigen Stellen

Ganz ohne Stahl kommt das Konzept nicht aus. Die Bewehrung wird jedoch nur dort eingesetzt, wo sie statisch erforderlich ist. Dafür nutzt das Projekt eisenbasierte Formgedächtnislegierungen, die nach dem Druck in die Bauteile eingefügt werden. Diese Metalle ziehen sich beim Erhitzen zusammen und versetzen die Konstruktion nachträglich unter Spannung. Im Unterschied zu klassischen Spannstahlbewehrungen lassen sich diese Elemente gezielter einsetzen und später wieder vom Beton trennen. Das ist eine Voraussetzung dafür, Bauteile nach ihrer Nutzung zu demontieren und an anderer Stelle erneut einzusetzen.

Digitale Planung für wiederverwendbare Bauteile

Parallel zur Materialentwicklung entstehen digitale Werkzeuge für den gesamten Prozess von Entwurf bis Fertigung. Geplant ist eine Plattform, die auch Nachhaltigkeits- und Lebenszyklusanalysen einbezieht. Architekturbüros wie Zaha Hadid Architects arbeiten dafür mit Ingenieur- und Materialforschungsteams zusammen. Im Mittelpunkt stehen nicht spektakuläre Einzelobjekte, sondern robuste Bauteile für den Wohnungsbau, die sich erdbebensicher verbinden und später wiederverwenden lassen. Bis 2028 soll ein 3D-gedrucktes Gebäudemodul als Prototyp die Machbarkeit des Ansatzes zeigen.