Erfindung von „selbstheilendem“ Beton

Selbstheilender Beton mithilfe von Licht und Mikroorganismen gilt als revolutionärer Fortschritt, der die Kosten für Baureparaturen erheblich senken und die Lebensdauer von Infrastrukturen um Jahrhunderte verlängern kann.

Bei breiter Anwendung kann selbstheilender Beton die Instandhaltungskosten von Bauwerken deutlich senken – Foto: Quantum News

Laut The Brighter Side of News stammt die Erfindung des selbstreparierenden Betons von einem Forschungsteam der University of Nebraska-Lincoln (USA) und wird für ihre praktische Anwendung nicht nur in der Bauindustrie sehr geschätzt.

Warum stellt die Rissbildung in Beton ein ernstes Problem dar?

Beton ist der weltweit am häufigsten verwendete Baustoff. Allerdings neigt er aufgrund von Hitze, Schwindung oder hohen Belastungen zu Mikrorissen.

Durch diese Risse können Wasser, Luft und Chemikalien eindringen, den Stahl korrodieren und die Struktur schwächen, was im schlimmsten Fall zum Einsturz führen kann, wenn sie nicht rechtzeitig erkannt und behandelt werden.

In den Vereinigten Staaten kostet die Erkennung und Reparatur von Betonrissen jährlich zig Milliarden Dollar. Es handelt sich um einen schwierigen Prozess, der die genaue Lokalisierung des Schadens und die Durchführung kostspieliger Reparaturen erfordert.

Unter der Leitung von Dr. Congrui Grace Jin ließ sich das Team von Flechten inspirieren, einem symbiotischen Organismus zwischen Pilzen und Algen/Cyanobakterien, der in rauen Umgebungen überleben kann.

Dieses symbiotische Modell wurde im Labor nachgebildet, indem filamentöse Pilze (Trichoderma reesei) und Cyanobakterien (Anabaena inaequalis oder Nostoc punctiforme) kombiniert wurden, um ein mikrobielles System zu schaffen, das nur mit Luft, Wasser und Licht überleben kann.

Das Besondere an diesem System ist seine Fähigkeit, automatisch Calciumcarbonat-Mineralien zu produzieren, eine Substanz, die dazu beiträgt, Risse im Beton abzudichten, ohne dass wie bei früheren Methoden Nährstoffe von außen hinzugefügt werden müssen.

In diesem Mikrobiom nutzen Cyanobakterien Licht zur Photosynthese, indem sie Kohlendioxid und Stickstoff aus der Luft aufnehmen und daraus Nährstoffe gewinnen. Fadenpilze nutzen diese Nährstoffe zum Wachsen und bilden Kalziumkarbonatkristalle, um die Risse zu füllen.

Experimente haben gezeigt, dass dieser symbiotische Mikroorganismus in nährstoffarmen, trockenen und pH-neutralen Umgebungen wie Beton gedeiht, wo viele andere Bakterien nicht überleben können. Tests haben außerdem bestätigt, dass die Rissheilung bis zu 80 % schneller erfolgt als mit herkömmlichen bakteriellen Methoden.

Dieses Verfahren ist insbesondere auch umweltschonend, da es im Gegensatz zu einigen Verfahren mit Harnstoff keine giftigen Gase erzeugt.

Praktische Anwendungen und Zukunftsperspektiven

Bei breiter Anwendung könnte selbstheilender Beton die Instandhaltungskosten im Bauwesen erheblich senken und die Lebensdauer von Brücken, Gebäuden und sogar Weltraumstrukturen auf dem Mond oder Mars verlängern, wo Reparaturen nahezu unmöglich sind.

Das Team arbeitet außerdem mit Soziologen zusammen, um zu verstehen, wie die Öffentlichkeit das Leben in Häusern mit in den Wänden „versteckten“ Mikroben empfindet. Rechtliche und ethische Aspekte werden ebenfalls berücksichtigt, um Sicherheit und gesellschaftliche Akzeptanz zu gewährleisten.

Die Wissenschaftler beschränkten sich nicht nur auf das theoretische Modell, sondern stellten auch konkrete Proben her, die Mikroorganismen enthielten. Diese wurden unter simulierten realen Bedingungen wie warmen Temperaturen, durchschnittlicher Luftfeuchtigkeit und einem Licht-Dunkel-Zyklus, wie er auf Baustellen vorkommt, kultiviert. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Mikroorganismensystem ohne genetische Veränderung, allein durch Luft und Licht, wachsen und effektiv funktionieren kann.

Bei einer Kommerzialisierung könnte diese Technologie die globale Bauindustrie revolutionieren und Städte nachhaltiger, emissionsärmer und sicherer für alle machen.

MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/phat-minh-loai-be-tong-tu-va-20250623113630787.htm