Gehört Stahl zum alten Eisen?

Die Entwicklung neuer Werkstoffe ist der Schlüssel für Produkt- und Verfahrensinnovationen und damit auch für technologischen und wirtschaftlichen Fortschritt. Besonders auf einem neuartigen Material ruhen die Hoffnungen vieler Branchen. Die Rede ist von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, verkürzt auch Carbon genannt.

Bauteile aus Carbon sind kein Schnäppchen. Die Herstellung ist verglichen mit konventionellen Materialien, die eine vergleichbare Festigkeit aufweisen, relativ teuer. Das hat größtenteils damit zu tun, dass bei der Carbonfertigung fast ausschließlich Handarbeit vorherrscht und durchgehende Automatisierungslösungen noch nicht Einzug gehalten haben. Das Ergebnis: KFK-Bauteile kosten etwa sechsmal mehr als die gleichen Komponenten aus Stahl. Wo aber Metalle zu schwer sind und eine Gewichtseinsparung notwendig ist, kann Carbon seine Vorteile  ausspielen.

Der Grund: dieser Werkstoff wiegt nur etwa halb so viel wie Stahl, ist aber genauso fest. Sogar im Vergleich zu Aluminium kann Gewicht eingespart werden – bei vier Mal höherer Festigkeit. Kein Wunder also, dass sich das Material schon längst in der Raum- und Luftfahrt etabliert hat. Auch in der Sportgerätebranche hat man die Vorteile des Werkstoffs erkannt: Im High-End-Bereich werden  Rennräder, Tennisschläger oder Ruderboote aus Carbon gefertigt. Grund genug zu überlegen, welches Potenzial für Carbon  im Bauwesen liegen könnte.

Damit beschäftigt sich die Vereinigung „C3 Carbon Concrete Composition“, der 40 namhafte Firmen und Vertreter deutscher Universitäten angehören. Hier herrscht die Zuversicht, dass das Bauen mit Carbonfasern das Zeitalter des Stahlbetons ablösen wird. Mindestens 20 % Stahlbeton wollen die Projektmitglieder in den nächsten zehn Jahren durch Carbonbeton bei Neubauten ersetzen. Da die Fasern auch bei hoher Luftfeuchtigkeit nicht korrosiv werden, wird Carbonbeton Langlebigkeit attestiert. Effizienzvorteile gesellen sich hinzu: Weil dicke Betonschichten zum Schutz der Bewehrung nicht mehr notwendig sind, lassen sich mit Carbon wesentlich filigranere Bauwerke erstellen und Material einsparen.

Auch im Brückenbau wird eine steigende Nachfrage nach Carbon prognostiziert, wo es Stahl und Beton ersetzen und das Problem mit dem dauerhaften Instandhalten von Brückenbauwerken lösen könnte. Bisher wurden bereits  Fußgängerbrücken erfolgreich mit Kohlenstofffaser-Verbundmaterial bewehrt. In Spanien ist in der Nähe des Flughafens Oviedo sogar ein Prototyp einer 46 m langen Autobahnbrücke aus tragenden Kohlenstoff- und Glasfaser-Sandwichmodulen errichtet worden.

Neben der Langlebigkeit des Materials kann auch sein reduziertes Gewicht auf der Baustelle punkten. Geringere Transportkosten und schnelleres Bautempo durch die Vorfertigung könnten durch das leichte Material erreicht werden. So konnte die spanische Autobahnbrücke in zwei Tagen fertiggestellt werden – die leichte Tragkonstruktion am ersten und die Betontragschicht am zweiten Arbeitstag. Die Komplettsperrung der Autobahn konnte so deutlich reduziert werden. Gute Karten also für Carbon, sich als Baustoff der Zukunft durchzusetzen. Angesichts des immensen Brückenbaubedarfs in Europa ist seine breite Anwendung in der Branche eine Frage der Zeit.

Autor: Paul Deder

Weitere Artikel:

Klimafreundlicher Zement

Klimafreundlicher Zement

Der im November 2016 von der Bundesregierung verabschiedete Klimaschutzplan 2050 sieht vor, bis zum Jahr 2050 weitgehend treibhausneutral zu werden.  Das Etappenziel für den Sektor Industrie ist eine Halbierung der Emissionen bis 2030 gegenüber dem Niveau von 1990. So will das Land seinen Anteil leisten, um die globale Erderwärmung auf unter 2 °C zu begrenzen. Wichtig ist dabei das entschlossene Handeln der Industrie, weil dieser Sektor nach der Energieerzeugung in Deutschland der zweitgrößte Verursacher von Treibhausgasemissionen ist.

mehr lesen

Smart City – Stadt der Zukunft

Smart City

Seit langem ziehen Städte die Menschen an. Hier ist früher wie heute der Handel und das Handwerk zu Hause, hier  lässt es sich in der Gemeinschaft sicher und komfortabel leben und arbeiten. Die Städter schwören heute auf die idealen Einkaufsmöglichkeiten, kurzen Wege, kulturellen Angebote und eine gute Infrastruktur. Aber nicht nur das – nun erleben die Städte eine neue Stufe ihrer Entwicklung. Das Konzept „Smart City“ soll dank umfassender Vernetzung für mehr Effizienz und Lebensqualität sorgen.

mehr lesen

Cradle to Cradle: Gebäude als Rohstoffdepot

Cradle to Cradle

Auch wenn die westliche Welt angesichts der Corona-Pandemie das Problem kurz aus dem Blickfeld verloren hat – das Thema Umweltschutz nimmt nach wie vor eine wichtige Stellung im Leben moderner Gesellschaften ein. So sind in der Bauwirtschaft heute Nachhaltigkeitsstandards zu beobachten, die schon weit über die Gesetzgebung hinausgehen. Doch die Branche konzentriert sich bei der Entwicklung von neuen Produkten viel zu sehr auf das Ziel, Energie einzusparen, was eine eher einseitige Betrachtung des Umweltschutzes darstellt. Lösungen für Ressourcenprobleme gibt es kaum.

mehr lesen

Energiesprong: Serielles Sanieren

Energiesprong

In Deutschland steigen die Baukosten, während die Unternehmer der Branche Schwierigkeiten bei der Suche nach Fachpersonal haben. Des Öfteren werden die Zeitpläne überzogen, wodurch eine zügige Projektabwicklung selten zu schaffen ist. Wie das anders gehen kann, zeigen uns unsere europäischen Nachbarn: Die Niederländer haben mit dem Energiesprong-Ansatz („Energiesprung“) ein Konzept entwickelt, das Modernisierungsarbeiten besser, billiger und schneller machen soll.

mehr lesen

Ohne Moos nix los?

Moos an der Fassade

Es ist der Albtraum der Hobbygärtner: Wenn sich das Moos nach einem milden Winter auf dem grünen Teppich breit macht, dann ist der mühsam angelegte Rasen binnen kürzester Zeit von diesen Pflanzen überwuchert. Hier kennen die meisten Gartenbesitzer kein Pardon und greifen notfalls zur chemischen Keule, um sich dieses Problems zu entledigen. Dabei hätten die Moose eigentlich mehr Wertschätzung verdient.

mehr lesen

Wärmestrom aus dem Erdinneren

LaserJetDrilling

Der Einsatz regenerativer Energien ist heute nicht nur schick – er ist auch eine zentrale Säule der Energiewende. Hier setzen wir in Deutschland vor allem auf Wind und Sonne als wichtigste erneuerbare Energieträger. Viel unbekannter ist dagegen die Geothermie, obwohl sie schon seit über 100 Jahren erfolgreich genutzt wird und – anders als Wind- und Solarenergie – eine immerzu verfügbare Quelle darstellt. Wird tief in die Erdkruste gebohrt, dann steigt die Temperatur pro 100 m um etwa drei Grad an – und das rund um die Uhr und überall auf der Welt.

mehr lesen

Von der Baustelle ins Werk

Von der Baustelle ins Werk

Die Nachfrage nach Wohnraum ist in den Metropolen und dem Umland ungebrochen hoch. Doch die Bauausführenden kommen mit der Arbeit nicht hinterher – der Mangel an qualifiziertem Personal hemmt das Wachstum im Bausektor. Der Auslastungsgrad im Baugewerbe ist seit 2018 zwar leicht rückläufig, aber mit 77 % (4. Quartal 2019) immer noch auf einem sehr hohen Niveau. Auf der anderen Seite wird nicht zuletzt durch die starke Zuwanderung der letzten Jahre bezahlbares Wohnen benötigt. Die soziale Wohnraumförderung des Bundes und die Einführung des Baukindergeldes sind hilfreiche Instrumente, lösen das Problem jedoch nicht. Um gegen knappe Kapazitäten vorzugehen und kostengünstiges Bauen zu ermöglichen, braucht die Branche neue Methoden, um die aufwendigen, stark handwerklichen Prozesse zu standardisieren und/oder effizienter zu gestalten.

mehr lesen

Fahrerlos durch den Steinbruch

Autonomes Fahren

Im Jahr 2014 stellte Tesla sein teilautonomes Fahrsystem vor und sorgte mit dieser Innovation für Aufsehen. Nicht zuletzt aufgrund einer Reihe von Unfällen bei angeschaltetem Autopilot wird das Thema automatisierter Pkw seitdem stark diskutiert. Dabei schreitet die Entwicklung solcher Systeme im Lkw-Bereich ebenso rasant voran und macht darüber hinaus auch wirtschaftlich Sinn. Denn: die Speditionsbranche hat mit geringen Margen zu kämpfen und hofft mit der Digitalisierung und Automatisierung der Transporte auf Kostenersparnisse im zweistelligen Prozentbereich. 

mehr lesen

Lehmbau: Zurück in die Zukunft

Lehmbau: Zurück in die Zukunft

Er schien fast schon vergessen und nun stehen die Zeichen gut, dass dieser Baustoff das ökologische Bauen der Zukunft mitgestalten kann. Das traditionelle Baumaterial Lehm, das sich hierzulande zumeist in den Ausfachungen von Fachwerkhäusern findet, wurde dank seiner natürlichen Inhaltsstoffe aus einem über 100 Jahre langen Dornröschenschlaf geweckt.

mehr lesen