Sand (Teil 2): nachhaltige Alternativen
Der massive Abbau natürlicher Sandvorkommen in Küstengebieten, Flüssen und Seen hat gravierende Folgen für unsere Umwelt. Um die Abhängigkeit von der endlichen Ressource Sand zu verringern, braucht es insbesondere im Bausektor neue Alternativen. Hier können wir die Nachfrage grundsätzlich durch Recycling, Substitution oder Synthese entlasten.
Wenn wir uns die rasanten Urbanisierungsraten und die damit verbundenen städtebaulichen Herausforderungen in Asien, Afrika und Südamerika vor Augen führen, stellt sich die Frage, ob unsere gängigen Baumaterialien und -methoden nachhaltig sind. In all den genannten Gebieten stehen riesige Bauaufgaben bevor. Bereits heute werden fast 90 Prozent des Zements (und damit die doppelte Menge Sand als Betonzuschlagsstoff) und 70 Prozent des Stahls in Entwicklungsländern verbaut. Der Druck auf Sand als Rohstoff steigt. Doch wenn wir die Ressource schonen wollen, welche Alternativen haben wir?
Recycling: Strände aus gemahlenem Glas
Sicherlich ist das Rezyklieren von Rohstoffen dabei eine der wichtigsten und erfolgversprechendsten Methoden. Da Glas zum grössten Teil aus Sand besteht, kann man Altglas zerkleinern und mahlen und so einen sandartigen Werkstoff gewinnen, der die gleichen Materialeigenschaften wie ursprünglicher Sand besitzt und sich genauso verarbeiten lässt. Ein Viertel des Altglases der Schweiz wird zur Zeit nicht wiederverwertet und landet auf Deponien. In anderen Ländern ist dieser Anteil noch wesentlich grösser. Diese Ressource zu aktivieren ist technisch möglich, doch ist der Preis noch zu hoch, um mit natürlichem Sand mithalten zu können. In gross angelegten Feldstudien versucht der US-Bundestaat Florida mit gemahlenem Glas weggespülte Strände wieder neu aufzufüllen – mit grossem Erfolg, da die neuen Landmassen auch von Flora und Fauna angenommen werden. Eine Methode, die durchaus auch in Singapur oder Dubai zur Landgewinnung eingesetzt werden könnte. [1]
Auch das Recycling von Betonbauwerken gewinnt an Bedeutung, vor allem hier in der Schweiz. So berichtet die Aargauer Zeitung diesen Monat [2], dass hierzulande rund 80 Prozent der Bauabfälle, inklusive Aushub- und Abbruchmaterial, wiederverwertet werden. Recyclingbeton ist für die Erstellung einfacher Bauwerke genauso geeignet wie herkömmlicher Beton, auch wenn er zur Zeit noch einen höheren Zementanteil benötigt.
Substitution: Bakterien binden Wüstensand
Die Substitution ist ein radikaler Ansatz, um den Rohstoff Sand zu ersetzen. Weltweit beschäftigen sich viele Forschende mit der Frage nach alternativen Zuschlagsstoffen in Betongemischen, seien sie organischer Natur oder sogar aus Müll gewonnen. Dabei zeigt sich jedoch die Grenze des Machbaren schnell auf, vergleicht man die Druckfestigkeiten solcher Gemische mit derjenigen von Sand. Es gibt jedoch auch radikal neue Ansätze: Einen verfolgt die amerikanische Architektin und Forscherin Ginger Krieg Dosier [3], über deren Arbeit wir bereits schon einmal berichteten (siehe Blogbeitrag). Sie versucht nicht nur Sand im Beton zu ersetzen, sondern den Werkstoff komplett umzudenken. Ihr Ansatz basiert auf der Idee, zukünftige Baumaterialien mithilfe organischer Substanzen zu kultivieren. Hierzu verwendet sie eine bisher noch weitestgehend ungenutzte Materialressource – Wüstensand – und vermischt diesen mit Mikroorganismen und einer Nährflüssigkeit. Letztere wandeln die Kleinstlebewesen in Kalzium um. Dieser Stoff kittet die kleinen, runden und glatten Körner zusammen. So lässt sich feinster Wüstensand in jede erdenkliche Form bringen, etwa in Bausteine. Damit könnte man herkömmlichen Zement ersetzen und so wassergelösten Sand schonen. Hinzu kommt, dass die Energiebilanz und der damit verbundene CO2-Ausstoss des alternativen Werkstoffs im Vergleich zu Zement oder gebrannten Ziegeln viel tiefer ist.
Ein ähnliches Ziel verfolgt ein gemeinsames Team der Stanford und Brown University in den USA. Es forscht an einem sogenannten REGObrick. Dieser Stein wird ebenfalls mit Hilfe von biologischer Zementation kultiviert, wobei hier nicht nur mit Sand, sondern auch mit anderen Erdmaterialien geforscht wird. Auch hier steht die Züchtung eines neues Werkstoffs mithilfe von Bakterien im Fokus der Arbeit [4].
Synthese: Sandfusion mit Sonnenlicht
Der Ansatz der Synthese beruht wiederum auf der Idee, die riesigen Sandmengen in den Wüsten unseres Planeten für Bauprozesse zu aktivieren. Der Industriedesigner Markus Kayser hat eine Technik entwickelt, die Sandpartikel mit Hilfe von gebündeltem Sonnenlicht verschmelzen kann [5]. Auch hier werden grössere Strukturen erzeugt, welche die in Teil 1 beschriebenen Nachteile des Wüstensandkorns wettmachen. Das Projekt «Solar Sinter» versucht dabei, bekannte Technologien des 3D-Drucks auf neue oder bisher nicht genutzte Materialfelder anzuwenden.
Sollte es mit den beschriebenen Ansätzen dereinst gelingen, alternative Baustoffe zu Sand zu entwickeln, könnten wir unsere Abhängigkeit von diesem wertvollen Rohstoff verringern.
Dirk Hebel hat diesen Beitrag gemeinsam mit Aurel von Richthofen verfasst. Er ist Senior Researcher am Lehrstuhl für Architektur und Konstruktion sowie am ETH Future Cities Laboratory in Singapur.
Weiterführende Informationen
Eine Dokumentation über Sand von Denis Delestrac: external pageSand Wars
Referenzen
[1] Siehe auch: Delestrac, Denis. Sand Wars: external pageDokumentation.
[2] Aargauer Zeitung (02/10/2014), Gibt es bald keinen Sand am Meer mehr?: external pageArtikel accessed October 04, 2014.
[3] Krieg Dosier, Ginger. “external pageBio Mason”, Bio Cementation, 2014.
[4] external pageREGObricks, Brown University and Stanford University.
[5] Kayser, Markus. “external pageSolar Sinter”, 2010.