Ein Biobeton, der sich selbst heilt

12. Dezember 2015, 09:00
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Ein Forscher der TU Delft in den Niederlanden hat einen Baustoff erfunden, der Risse automatisch repariert

Wien – Ein Baustoff, der sich selbst heilt – das klingt ein bisschen nach Science-Fiction, nach einer Welt, in der bionische Techniken weit fortgeschritten sind. Der niederländische Mikrobiologe Hendrik Marius Jonkers hat mit seiner Erfindung diese Zukunftsvision in die Gegenwart geholt – mit einem Beton, der zumindest sehr kleine Risse selbst wieder verschließen kann. Der Wissenschafter der Technischen Universität Delft hat sich die Reparaturmechanismen in menschlichen Knochen zum Vorbild genommen, die sich mithilfe spezieller Zellen, der Osteoblasten, selbst heilen.

Die kleinen Helfer, die nun im Beton zum Einsatz kommen, fand Jonkers in Bakterien, die in alkalischen Seen leben, also Gewässern in der Nähe von Vulkanen, die einen sehr hohen PH-Wert aufweisen: Die Spezies Bacillus pseudofirmus und Sporosarcina pasteurii zeigten einen für Jonkers' Zwecke entscheidenden Vorteil: Sie produzieren – sofern sie Nährstoffe und ein nasses Umfeld vorfinden – Kalk. Kalk, der brüchigen Beton versiegeln kann.

Normalerweise sind feine Risse im Beton kaum problematisch. Dringen aber beispielsweise bei einer Brücke Wasser und eventuell Salz ein, das im Winter zur Enteisung gestreut wird, beschleunigt das die Korrosion des im Beton verbauten Stahls.

Jonkers mischt nun die Bakterien unter den Baustoff, wo sie mehrere hundert Jahre auf ihren Einsatz warten können. "Die Bakterien sind überall im Beton. Sobald ein Riss entsteht und Wasser eindringt, werden sie aktiv und fangen an, Kalk zu produzieren", veranschaulicht der Mikrobiologe. "Kalk löst sich nicht in Wasser auf, sondern füllt die Risse auf. Er ist nicht stark, aber der Beton wird wieder wasserdicht." Die Bauwerke müssen weniger oft repariert werden, und die Lebensdauer erhöht sich.

"Die Bakterien können natürlich keine massiven Beschädigungen wie nach einem Erdbeben beheben", räumt der Erfinder ein. "Sie schaffen es aber, Risse von knapp einem Millimeter Breite zu schließen." Das Material, das für das Verschließen verwendet wird, müsse ja immerhin aus dem Beton selbst kommen.

Damit das funktioniert, müssen auch noch die richtigen Nährstoffe für die Bakterien in den Baustoff gemischt werden. "Es hat lange gedauert, die richtige Nahrung zu finden, weil viele mögliche Varianten negative Auswirkungen auf den Beton haben, die Tragfähigkeit schwächen oder die Härtezeit verlängern", sagt Jonkers dazu. Die Lösung fand er schließlich in Kalziumlaktat, dem Salz der Milchsäure. "Es schwächt den Beton nicht, es macht ihn sogar stärker."

Der Wissenschafter, der heuer zu den Nominierten des Erfinderpreises des Europäischen Patentamts gehörte, will seine Idee auf mehrere Arten umsetzen: Ein Bakterien-Spray für das Auftragen auf existierende Bauwerke ist bereits am Markt, ein Mörtel für Ausbesserungen und schließlich tatsächlicher Beton folgen. In Tests, etwa bei einem Bewässerungskanal in Ecuador, wurde der Baustoff bereits erfolgreich eingesetzt.

Natürlich gibt es noch viel Potenzial zur Verbesserung des selbstheilenden Biobetons: Um ihn konkurrenzfähiger zu machen, ist Jonkers dabei, günstigere Nährstoffe für die Bakterien anstelle des relativ teuren Kalziumlaktats zu finden. In EU-Projekten sollen zudem die Selbstheilungskräfte verbessert werden. In Zukunft könnten nicht nur Risse geheilt, sondern etwa auch die Stabilität und Stärke des Betons erhöht werden. (Alois Pumhösel, 9. 12. 2015)

  • Der Mikrobiologe Hendrik Jonkers mischt Bakterien in den Beton, die Kalk produzieren, wenn Nässe eindringt.
    foto: europäisches patentamt

    Der Mikrobiologe Hendrik Jonkers mischt Bakterien in den Beton, die Kalk produzieren, wenn Nässe eindringt.

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