Coole Pflanzenkohle 08.01.2024, 13:03 Uhr

Kann Kaffeesatz Beton und Klima verbessern?

Forschende aus Australien haben eine verblüffende Verwendung für Kaffeesatz entdeckt: Wird er Beton zugefügt, soll er 30 Prozent stärker sein. Außerdem kann das clevere Rezept auch zur Klimaverbesserung beitragen.

Kaffeesatz

Statt Kaffeesatz zu entsorgen könnte er als Zusatz Beton verbessern.

Foto: Panthermedia.net/elwynn

Australische Forscher haben entdeckt, dass die Beimischung von verkohltem Kaffeesatz zu Beton dessen Festigkeit um 30 Prozent steigern kann. Dieser innovative Ansatz könnte mehrere Herausforderungen gleichzeitig adressieren. Im Kern steht dabei die Nutzung von Pflanzenkohle, die auch in Europa vielfältig eingesetzt wird – zur Verbesserung von Böden, als Futtermittel- oder als Betonzusatz.

Warum Kaffeesatz als Betonzusatz?

Jährlich fallen weltweit rund 10 Milliarden Kilogramm Kaffeesatz an, von denen der größte Teil auf Mülldeponien endet. Forscher der RMIT University in Australien haben nun eine innovative Nutzungsmöglichkeit für diesen Abfall entwickelt. Ingenieur Rajeev Roychand erklärt, dass die Entsorgung organischer Abfälle Treibhausgase wie Methan und Kohlendioxid freisetzt und so zum Klimawandel beiträgt.

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Zudem verursacht die Betonherstellung, die große Mengen natürlichen Sandes benötigt, erhebliche Umweltprobleme. Ingenieur Jie Li weist darauf hin, dass der kontinuierliche Abbau von Sand aus Flussbetten und -ufern weltweit die Umwelt belastet und die Sandressourcen endlich sind. Durch einen kreislaufwirtschaftlichen Ansatz könnten organische Abfälle von Deponien ferngehalten und natürliche Ressourcen wie Sand besser geschützt werden.

Ohne Pyrolyse geht es nicht

Organische Stoffe wie Kaffeesatz eignen sich nicht direkt als Zusatz zu Beton, da sie chemische Reaktionen hervorrufen können, die die Festigkeit des Materials beeinträchtigen. Um dieses Problem zu umgehen, behandelte das Forschungsteam Kaffeeabfälle durch Erhitzen auf über 350 °C, unter Sauerstoffentzug. Bei der Pyrolyse zerfallen die organischen Moleküle und es bildet sich eine poröse, kohlenstoffreiche Substanz, die sogenannte Biokohle.

Die Pflanzenkohle kann sich mit der Zementmatrix verbinden und lässt sich somit in den Beton integrieren. Roychand und seine Kollegen untersuchten auch die Pyrolyse von Kaffeesatz bei 500 °C, stellten jedoch fest, dass die entstehenden Biokohlepartikel weniger stabil waren. Die Langzeitbeständigkeit ihres Zementprodukts muss jedoch noch bewertet werden. Aktuell konzentrieren sie sich darauf, zu prüfen, wie der hybride Kaffeezement unter verschiedenen Belastungen wie Frost-Tau-Zyklen, Wasseraufnahme und Abrieb reagiert.

Biokohle auch aus anderen organischen Abfällen

Das australische Forschungsteam experimentiert nicht nur mit Kaffeesatz, sondern widmet sich der Erzeugung von Biokohle aus verschiedenen organischen Abfällen, einschließlich Holz, Lebensmittelresten und landwirtschaftlichen Rückständen. „Obwohl unsere Studien noch in einem frühen Stadium sind, zeigen diese vielversprechenden Ergebnisse einen innovativen Weg auf, um die Menge organischer Abfälle, die auf Mülldeponien enden, deutlich zu verringern“, erläutert Shannon Kilmartin-Lynch, Ingenieurin am RMIT.

„Meine Forschung, inspiriert von der Sichtweise der Ureinwohner, fokussiert sich auf die Sorge um die Umwelt, die Förderung eines nachhaltigen Kreislaufs für Materialien und die Vermeidung von Deponieabfällen, um Umweltauswirkungen zu minimieren.“

So kann Pflanzenkohle beim Klimaschutz helfen

Nicht nur in Australien, sondern auch hierzulande wird eifrig mit Pflanzenkohle geforscht. Sie kann nicht nur helfen, Beton zu verbessern, sondern hilft dabei, CO2 dauerhaft aus der Luft zu entfernen. Auch zur Bodenverbesserung lässt sich Pflanzenkohle verwenden.

Die Pflanzenkohle, die nach der Pyrolyse zurückbleibt, zeichnet sich durch ihre Porosität aus, was ihr eine außergewöhnlich große Oberfläche verleiht. Diese Struktur ermöglicht es der Pflanzenkohle, als Schwamm zu fungieren und bis zum Dreifachen ihres eigenen Gewichts an Wasser sowie darin gelösten Nährstoffen zu absorbieren. Dies schafft optimale Lebensbedingungen für Mikroorganismen in und um die Pflanzenkohle, was wiederum die Bodenqualität verbessert und das Pflanzenwachstum fördert.

Ihr Einsatz in der Tierfütterung bringt ebenfalls Vorteile: Die Pflanzenkohle unterstützt die Verdauung der Tiere und kann später als nährstoffreicher Mist auf Felder ausgebracht werden. Zudem hilft ihre Fähigkeit, große Wassermengen zu speichern, Feldern bei der Bewältigung von Trockenheit.

Ein weiterer bedeutender Aspekt der Pflanzenkohle ist ihr Beitrag zum Klimaschutz. Laut Maria-Elena Vorrath, Geowissenschaftlerin an der Universität Hamburg, kann Pflanzenkohle CO2 über Jahrtausende binden. Würde sie global eingesetzt, könnte sie schätzungsweise zwei Gigatonnen CO2 jährlich dauerhaft speichern. Zum Vergleich: 2022 emittierte die Menschheit etwa 38 Gigatonnen CO2.

CO2-neutraler Beton aus Pflanzenkohle

Auch in Europa wird Pflanzenkohle zunehmend in Beton verarbeitet. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass nicht jede Pflanzenkohle gleich ist. Laut ecoLocked, einem Unternehmen, das sich auf die Entwicklung von Biokohlenstoff-Anwendungen im Bauwesen spezialisiert hat, unterscheiden sich die Eigenschaften der Pflanzenkohle je nach verwendetem Rohstoff und Pyrolyseverfahren.

Für eine effektive und großflächige Integration von Pflanzenkohle in Beton sind nach Angaben des Unternehmens spezifische Rezepturen und eine Nachbearbeitung der Kohle notwendig. Dadurch werde nicht nur die Klimawirkung maximiert, sondern der Beton erhält auch zusätzliche funktionale Vorteile wie bessere Dämmeigenschaften, geringeres Gewicht und höhere Haltbarkeit im Vergleich zu herkömmlichem Beton.

Es lassen sich drei Hauptfaktoren bestimmen, welche die Ökobilanz von Beton mit Pflanzenkohle verbessern:

  • CO2-Speicherung: Bis zu 90 % der Pflanzenkohle besteht aus gebundenem Kohlenstoff, der langfristig fixiert ist. Dies macht den Beton zu einer Kohlenstoffsenke und steigert die lebenslange CO2-Absorptionskapazität des Gebäudes.
  • Direkte CO2-Reduktion: Wenn pflanzenkohlebasiertes Material Zement ersetzt, werden die Prozessemissionen reduziert, da weniger Zementklinker benötigt wird.
  • CO2-Reduktion im Betrieb: Die Integration von Pflanzenkohle in Beton kann dessen Dämmleistung signifikant verbessern, was zu einer höheren Energieeffizienz der Gebäude führt.

Pflanzenkohle lässt sich in fast allen Bauanwendungen einsetzen, zum Beispiel für tragende Wände bei Wohn- und Gewerbeimmobilien, in Schallschutzwänden, Pflastersteinen, vorgefertigten Bodenplatten, Brücken und vielem mehr.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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