Wissenschaftler schaffen selbstheilenden Beton
Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern der Drexel University hat selbstheilenden Beton entwickelt. Zu diesem Zweck wird der Mörtel mit Fasern verstärkt, die Sporen von speziellen Bakterien enthalten. Durch die Entwicklung können kostspielige Reparaturen vermieden werden, wodurch auch der Bedarf an Baumaterialien, deren Herstellung umweltschädlich ist, reduziert wird.
Die Menschheit baut und repariert ohne Unterlass. Beton ist dabei das beliebteste Material geworden. Die Herstellung von Zement und darauf basierenden Mörteln verbraucht eine große Menge an fossilen Ressourcen, die jährlich bis zu 8 % der Treibhausgasemissionen ausmachen. Selbstreparierende Betonstrukturen würden helfen, Reparaturkosten zu sparen, und sie würden auch schädliche Emissionen reduzieren.
Eine Gruppe von Physikern, Chemikern, Biologen, Materialwissenschaftlern und Bauingenieuren der Drexel University hat eine mögliche Lösung für dieses Problem gefunden. Wissenschaftler wissen seit langem von Bakterien, die den aus der Luft gewonnenen Kohlenstoff mineralisieren und in einen “Stein” verwandeln. Wenn Kolonien solcher Bakterien in Betonrisse eingebracht werden, füllen sie die Risse mit Mineralien und zementieren die Ränder.
Die Forscher wählten einen vielversprechenden Bakterienstamm, Lysinibacillus sphaericus, für diese Aufgabe aus. Es blieb die Frage, wie man die Bakterien konservieren und sie nur dann aktivieren konnte, wenn Risse auftraten. Zu diesem Zweck wurden die bakteriellen Sporen in ein Hydrogel eingebettet und mit einer Polymerhülle überzogen. Das Ergebnis war die dünnste Polymerbewehrung, die ihrerseits dem Beton zusätzliche Festigkeit verlieh.
Wenn ein Riss im Beton mit Polymerbewehrung auftrat und die Faser erreichte, setzte der Innendruck Hydrogel und bakterielle Sporen frei. Die Sporen verwandelten sich in lebende Bakterien, die sich von Kalzium ernährten, Kohlenstoff aus der Luft aufnahmen und im Gegenzug mineralische Verbindungen wie Kalziumkarbonat bildeten. Der Riss verheilte mit einer Geschwindigkeit, die ähnliche Wunden in Beton in ein oder zwei Tagen zu heilen verspricht.
Das von den Wissenschaftlern entwickelte Material ist noch nicht für die kommerzielle Nutzung geeignet, da noch viel Arbeit damit zu leisten ist. Die Idee ist jedoch durchaus realisierbar und könnte schließlich zum Tragen kommen. Die Bakterien können sogar nur in Risse geimpft werden, ohne dass vorher eine Lösung hinzugefügt wird. Die Reparatur wird sich auf einen Spaziergang entlang der Gebäude mit einer Flasche Aerosol anstelle einer Mischung, Eimern mit Mörtel und dergleichen beschränken.
