Tragwerksplanung in Fulda: Nachhaltig bauen mit Leichtbau und Holz

Wer historische Mauerwerke instand setzt, kennt das Spannungsfeld, in dem wir uns bewegen: Wir brauchen Materialien, die zum Bestand passen und mit traditionellen Baustoffen verträglich sind, gleichzeitig aber genug Druckfestigkeit entwickeln, um heutigen Anforderungen zu genügen. Eine Studie, über die EurekAlert! berichtet, zeigt nun, dass sich genau dieses Dilemma mit einer erstaunlich einfachen Zutat entschärfen lässt – mit fein gemahlenem Biokohlenstaub.

Befund aus dem Labor

Das Forscherteam um Hauptautor Yue Gu hat im Fachjournal Biochar X untersucht, wie unterschiedliche Partikelgrößen und Dosierungen von Biokohle die Eigenschaften von natürlichem hydraulischem Kalk (NHL) beeinflussen. Geprüft wurden Biokohlen aus Kokosnussschalen in den Partikelgrößen 100, 200 und 325 mesh sowie verschiedene Dosierungen hinsichtlich Druckfestigkeit, Porosität, pH-Wert, mineralogischer Zusammensetzung und CO₂-Aufnahme über die Zeit.

Das beste Ergebnis lieferte eine Zugabe von 2 Prozent Biokohle mit einer Partikelgröße von 325 mesh: Im Vergleich zur reinen Kalkmischung stieg die Druckfestigkeit nach drei Tagen um 35,7 Prozent, nach sieben Tagen um 42,1 Prozent und nach 28 Tagen noch um 10,9 Prozent. Gleichzeitig nahm die CO₂-Aufnahme nach sechs Stunden um 14,6 Prozent und nach 24 Stunden um 11,9 Prozent zu; die scheinbare CO₂-Aufnahmerate stieg um 3,2 Prozent.

Was das für die Sanierungspraxis bedeutet

Die mikroskopische und chemische Analyse zeigt, dass die Biokohle die Umwandlung von Calciumhydroxid und anderen reaktiven Bestandteilen in Calciumcarbonat fördert. Laut quantitativer Röntgenbeugung stieg der Calciumcarbonatanteil von rund 60,2 auf 63,9 Prozent. Im Hintergrund wirken dabei drei Mechanismen: Die poröse Struktur der Biokohle schafft zusätzliche Transportwege für CO₂, ihre große Oberfläche begünstigt die lokale CO₂-Anreicherung, und der Kontakt zwischen CO₂ und den reaktiven Kalkbestandteilen wird intensiviert. Das entstehende Calciumcarbonat füllt kleine Hohlräume und erzeugt eine dichtere interne Struktur.

Für unsere Arbeit im Bestand ist dabei vor allem die Kompatibilität interessant: Natürlich hydraulischer Kalk wird seit Jahrhunderten im Mauerwerksbau und in der Restaurierung eingesetzt, weil er mit traditionellen Baustoffen verträglich ist und während des Abbindens CO₂ aufnimmt – anders als Portlandzement, der bei deutlich höheren Temperaturen gebrannt wird. Wenn sich nun durch einen geringen Biokohleanteil sowohl die Frühfestigkeit als auch die Kohlenstoffbindung verbessern lassen, ergibt sich daraus ein Material, das für Reparatur und Konservierung historischer Bausubstanz gleichermaßen relevant sein könnte. Diesen Aspekt hebt auch Yue Gu in seiner Einschätzung ausdrücklich hervor.

Was wir im Auge behalten sollten

Allerdings gilt, wie so oft in der Materialökologie: Mehr ist nicht automatisch besser. Dosierungen über 2 Prozent erhöhten die Porosität und schwächten die Kontinuität der Kalkmatrix. Zwar wurde dabei mehr CO₂ gebunden, doch das Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffaufnahme und mechanischer Festigkeit verschob sich ungünstig. Wir müssen also berücksichtigen, dass die Übertragung solcher Laborergebnisse in die Baustellenpraxis weitere Fragen aufwirft – etwa nach der Verfügbarkeit gleichbleibender Biokohlequalitäten, nach dem Verhalten unter zyklischer Feuchtebeanspruchung und nach der Dauerhaftigkeit der Kohlenstoffbindung im realen Mauerwerksverbund. Bis entsprechende Pilotanwendungen vorliegen, bleibt die Studie ein vielversprechender Baustein im Puzzle kalkbasierter, CO₂-sensibler Sanierungsmaterialien.