Graphen-Beton statt knapper Sand – So wollen Wissenschaftler in Zukunft bauen

"Das gibt es ja wie Sand am Meer" - ein Sprichwort, das unserer Bauwut zum Opfer fällt? (Quelle: stock.adobe.com - Damian)

Ohne Beton kein Haus – zumindest gilt dieses Prinzip für einen Großteil neuer Gebäude in unseren Städten. Neben derzeit bekannteren, knappen Ressourcen wie Öl und Holz gibt es auch beim Beton einen Bestandteil, der irgendwann zur Neige gehen wird: Sand.

Verschiedene Organisationen und Wissenschaftler sprechen schon jetzt von einer Sandknappheit. Denn baufähigen Sand gibt es nicht wie am Meer unbegrenzt, weil sich nicht jeder Sand für Beton eignet.

Forscher haben allerdings Alternativen gefunden, die der Knappheit entgegenwirken könnten.

Bau-Sand in Zahlen: Milliarden Tonnen pro Jahr für unsere Städte

Jährlich verschlingt die Bau-Industrie 50 Milliarden Tonnen Sand und Kies – damit landen diese Ressourcen nach Wasser auf Platz #2 der am häufigsten genutzten Ressourcen der Welt. Das geht aus einem Bericht des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) von 2022 hervor.

Um euch ein Bild zu machen: Ein Einfamilien-Haus benötigt allein schon 200 Tonnen Sand in Form von Beton und Glas. Auf der Autobahn verschlingt jeder einzelne Kilometer 30.000 Tonnen Sand.

Es gibt zwar noch keine genauen Prognosen mit einem exakten Datum, wann uns der Sand ausgehen wird. Sich rechtzeitig nach Alternativen umzusehen, ist aber nie verkehrt.

Eine neue Studie vom 26. Januar 2024 greift eine alte Idee auf, die Sand vielleicht eines Tages im Beton ersetzten könnte: Graphen. Dieser soll aus metallurgischem Koks gewonnen werden und bietet laut den Wissenschaftlern gleich mehrere Vorteile.

Wie Graphen auch in Bezug auf PC-Hardware eingesetzt werden könnte, erfahrt ihr übrigens hier:

China und USA überwinden Differenzen und tun sich zusammen, um nie Dagewesenes zu erschaffen: den ersten praxistauglichen Graphen-Halbleiter

von Alexander Köpf

Umwelt im Fokus: Vorteile von Graphen gegenüber Sand

Die Idee hinter Graphen in Beton ist eigentlich nicht neu. Laut der Webseite EcoInventus von 2019 kann Graphen den CO2-Fußabdruck verbessern. Zumindest geht das aus einer voran gegangenen Forschung am Center for Graphene Science der University of Exeter hervor.

Dort haben Wissenschaftler mit Hilfe von Nanotechnologie einen Beton mit Graphen entwickelt. Dieser soll laut der Professorin Monica Cracium dank des Graphenersatzes mit nur 50 Prozent der Menge an herkömmlichen Materialien zur Herstellung auskommen.

So spart man sich 446kg CO2-Emissionen pro Tonne.

Leichtigkeit: Die oben genannte neuere Studie der Rice University in Houston, Texas, lieferte erstaunliche Ergebnisse. So beschreiben die Autoren, was sie herausgefunden haben:

Die Sandknappheit bietet also einen Anreiz, unser bestehendes Material zu hinterfragen und zu verbessern. Satish Nagarajaiah, Professor für Bau- und Umwelttechnik und Maschinenbau und einer der Autoren der Studie, sagte in einer Mitteilung der Universität:

Sehenswert: Das ZDF Magazin Royale hat sich in einem Videobeitrag ebenfalls mit dem Thema Sand auseinandergesetzt - nicht nur beim Bau. Im nächsten Absatz lest ihr über den Haken bei Graphen und weiteren Sand-Alternativen im Beton - wie zum Beispiel Kaffeesatz (kein Scherz).

Link zum YouTube-Inhalt

Der Haken an Graphen und kreative Alternativen

Der Kostenfaktor als Spaßbremse: Momentan scheint es aber noch einen entscheidenden Faktor zu geben, der die Euphorie für Graphen schwächt: die Wirtschaftlichkeit. So sagt James Tour, ein weiterer Autor der Studie:

Das bedeutet, dass wir Graphen-Beton vermutlich erst dann im Einsatz sehen, wenn sich unsere Sandbestände soweit verknappt haben, dass der Sand-Preis Graphen übersteigen. Neben Graphen gibt es aber auch zwei weitere Alternativen.

1. Alternative: Recycling

Natürlich sollten wir als ersten Schritt Quellen in Betracht ziehen, was wir bereits besitzen: Urban Mining, also Bauschutt. Materialforscherin Agathe Robisson äußert sich gegenüber dem ORF so:

Denn neben dem Bedarf an neuem Beton fällt jedes Jahr auch jede Menge Bauschutt an, den wir wiederverwenden können. Dafür benötigt es aber noch effizientere Trennverfahren, bei denen Gipse, Beton und Metalle separiert werden können.

2. Alternative: Kaffee

Kein Witz – das Magazin Xataka berichtete im August 2023 über eine Methode auf Basis von Kaffeesatz.

Laut dem Artikel sollen gemahlene Getreideabfälle via Pyrolyse (ohne Sauerstoff auf 350 Grad Celsius erhitzen) in Pflanzenkohle umgewandelt werden, was den Beton 30 Prozent widerstandsfähiger machen soll.

In unserem eigenen Beitrag Wie eine jahrhundertealte Technik im Häuserbau für unsere Zukunft neu erfunden wurde lest ihr weitere, innovative Ideen, wie wir unsere Bautechnik stetig verbessert wird. Das wortwörtlich alternative Material ist in diesem Falle Hanf.

Was denkt ihr über Graphen im Beton? Sollte man ihn aus Umweltgründen schon jetzt verwenden, auch wenn die Kosten vielleicht höher liegen? Gibt es eurer Meinung nach auch Gründe, die gegen Graphen sprechen?  Was denkt ihr über Beton aus Kaffesatz? Schreibt uns eure Gedanken gerne in die Kommentare und tauscht euch aus, was wir in Zukunft am wahrscheinlichsten als Sandersatz verwenden.