Rostfrei und leicht 24.11.2016, 09:10 Uhr

Solartechnik lässt sich gut in Fassaden aus Karbonbeton einbauen

Karbonbeton könnte das Baumaterial der Zukunft werden: Karbon anstelle von Stahl sorgt darin für die notwendige Stabilität. Die Folge: Betonbauteile werden dadurch leichter, gestaltungsflexibler und schonen Ressourcen und Umwelt. Forscher sind jetzt dabei, in diesen Beton Solarmodule zu integrieren. Damit könnten Häuserfassaden zu Sonnenkraftwerken werden.

So könnte eine Brücke aus Karbonbeton aussehen. Die Fasern werden auch bei extrem hoher Luftfeuchtigkeit nicht korrosiv. Das macht Karbonbeton nicht nur langlebiger als Stahlbeton, sondern auch effizienter, weil die starken Betonaußenschichten zum Schutz der Stahlbewehrung nicht mehr notwendig sind. Durch die hohe Festigkeit können die Bauteile aus Karbonbeton wesentlich filigraner gestaltet werden. 

So könnte eine Brücke aus Karbonbeton aussehen. Die Fasern werden auch bei extrem hoher Luftfeuchtigkeit nicht korrosiv. Das macht Karbonbeton nicht nur langlebiger als Stahlbeton, sondern auch effizienter, weil die starken Betonaußenschichten zum Schutz der Stahlbewehrung nicht mehr notwendig sind. Durch die hohe Festigkeit können die Bauteile aus Karbonbeton wesentlich filigraner gestaltet werden. 

Foto: HTWK Leipzig

Schon seit Jahren arbeiten Forscher an dem neuen Baustoff, der so viele neue Möglichkeiten am Bau verspricht. Über 150 Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verbänden und Vereinen arbeiten in dem Bauforschungsprojekts „C3 Carbon Concrete Composition“ zusammen an den Einsatzmöglichkeiten von Karbonbeton.

Karbonbeton hat sehr lange Lebensdauer

Im Karbonbeton sorgen nicht Stahlgerüste für die notwendige Stabilität, sondern Konstruktionen aus Karbonfasern. Die sind leichter und fester als Stahl und rosten nicht. Dadurch haben sie eine längere Lebensdauer und müssen mit weniger Beton umhüllt werden. Das wären Effekte, die man sich bei den aktuell maroden Autobahnbrücken in Leverkusen und Mainz wünschen würde.

Karbonbeton soll einmal Stahlbeton ersetzen, damit Autobahnbrücken nicht mehr vom Rost zerfressen werden.

Karbonbeton soll einmal Stahlbeton ersetzen, damit Autobahnbrücken nicht mehr vom Rost zerfressen werden.

Foto: Oliver Berg/dpa

Bei der Leverkusener Brücke, die für Lkw ab 3,5 t gesperrt ist, haben die Bauingenieure sogar Betonwände abmontiert, um die stark beschädigte Konstruktion leichter zu machen. Ständig müssen Schweißer ran, um Risse in den Stahlträgern zu schweißen.

Karbonbeton ist leicht und trotzdem stabil

Karbonbeton spart im Vergleich zu Stahlbeton erheblich an Ressourcen bei Bau und Instandhaltung von Bauwerken. Auch erlaubt der Baustoff neue architektonische Formen: Der Betonbau der Zukunft ist filigraner und leichter. Was da möglich ist, haben die am Projekt beteiligten Ingenieure aus Chemnitz gezeigt, die am Jahresbeginn ausgesprochen filigrane Pavillons aus Karbonbeton vorgestellt haben.

Auf dem Sportplatz der TU Chemnitz haben die Wissenschaftler Pavillons aus Karbonbeton als Referenzobjekte errichtet. Diese sind mit Sticksensoren ausgerüstet, über die sich die Beleuchtung steuern lässt. 

Auf dem Sportplatz der TU Chemnitz haben die Wissenschaftler Pavillons aus Karbonbeton als Referenzobjekte errichtet. Diese sind mit Sticksensoren ausgerüstet, über die sich die Beleuchtung steuern lässt. 

Foto: Dr. Sandra Gelbrich/TU Chemnitz

Erneuerbare Energien in Beton

Darüber hinaus eröffnet Karbonbeton neue Möglichkeiten, Bauwerke stärker auf zusätzliche Funktionalitäten auszurichten. So arbeitet das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle als C3-Projektpartner im Rahmen des Teilprojekts „C3PV“ an Lösungen, Photovoltaik in den Beton zu integrieren. „Wir gehen der Frage nach, ob sich Solarzellen auf den Fassadenelementen aus Karbonbeton aufbringen lassen, wie man sie elektrisch verschalten kann und wie sie am besten gestaltet sein sollten, um einen optimalen Stromertrag zu erreichen“, beschreibt Prof. Jens Schneider, Leiter der Gruppe Modultechnologie am Fraunhofer CSP, die aktuellen Aufgaben.

In Leipzig stellte das Fraunhofer CSP jetzt drei Lösungen vor, wie aus Häuserfassaden Sonnenkraftwerke werden könnten. Bei allen drei Lösungen werden Karbonbetonwände mit Solarmodulen bestückt. Bei der ersten Variante werden Aussparungen in Betonteile eingegossen, in die sich die passenden Solarmodule ohne Kanten einfügen lassen.

Forscher arbeiten derzeit daran, in Hausfassaden aus Karbonbeton Solarmodule zu integrieren. Die im Bild gezeigte Facetten-Optik macht einen deutlich höheren Stromertrag möglich als herkömmliche Fassaden.

Forscher arbeiten derzeit daran, in Hausfassaden aus Karbonbeton Solarmodule zu integrieren. Die im Bild gezeigte Facetten-Optik macht einen deutlich höheren Stromertrag möglich als herkömmliche Fassaden.

Foto: Fraunhofer CSP

In der zweiten Variante werden Solarmodule auf Betonplatten laminiert oder geklebt. Und in der dritten Variante werden Solarmodule mit Druckknöpfen, Schrauben oder anderen Befestigungsmethoden angebracht, sodass sie abnehmbar sind. „Wir konnten zeigen, dass alle drei Möglichkeiten technisch machbar sind, optisch ansprechende Lösungen zulassen und beispielsweise auch die Anforderungen hinsichtlich der Tragkraft erfüllen“, sagt Schneider.

Mehr Stromertrag auf vergrößerten Flächen

Die Fläche, die für Photovoltaik genutzt werden kann, lässt sich noch vergrößern, wenn die Wände nicht plan sind, sondern Elemente geneigt oder gekippt werden, die Fassaden Wölbungen enthalten oder in Facetten-Optik gestaltet sind. Dadurch erhöht sich der Stromertrag der mit Solarmodulen bestückten Fassaden noch.

Die entsprechenden Bauweisen lassen sich mit dem flexiblen Karbonbeton realisieren. Auch für die typischen Gegebenheiten im städtischen Raum sind solche Fassaden den Fraunhofer-Forschern zufolge besser geeignet, weil sie zum Beispiel flexibel an Licht- und Schattenverhältnisse angepasst werden können.

Diese Brücke wird mit Betonkarbon saniert. Die Bauarbeiter tragen gerade das Karbongitter auf.  Brücke Naila wird mit Karbonbeton saniert.

Diese Brücke wird mit Betonkarbon saniert. Die Bauarbeiter tragen gerade das Karbongitter auf.  Brücke Naila wird mit Karbonbeton saniert.

Foto: C³ – Jörg Singer

Der Baustoff Karbonbeton, der auch als Textilbeton bezeichnet wird, ist ein Verbundwerkstoff aus Hochleistungsbeton und einer Bewehrung aus Karbon. Bis zu fünfzigtausend feine Karbon- bzw. Kohlenstofffasern werden zu einem Garn zusammengefasst. Die Garne werden in einer Textilmaschine zu einem Gelege verarbeitet und mit einer stabilisierenden Beschichtung versehen.

Die Fasern können zudem entsprechend der Kräfteverhältnisse so ausgerichtet werden, dass sie im Beton optimale Arbeit leisten. Das Ergebnis ist eine korrosionsbeständige und rohstoffsparende Alternative zum Stahlbeton.

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