„Blitzartiges“ Betonrecycling

„Blitzartiges“ Betonrecycling

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Ob Pantheon oder Schiff, ob Ultraleichtbeton oder Sichtbeton: Beton ist der meistverwendete Baustoff der Welt. Dennoch gibt es beim Recycling dieses Baumaterials keinen Königsweg. Forscher des Fraunhofer-Instituts sind ihm auf der Spur. Sie wollen Beton mit Blitzen in seine Einzelbestandteile zerlegen.
 
Gegenwärtig wird Altbeton unter enormer Staubentwicklung zerschreddert. Bestenfalls landen die so entstandenen Brocken als Belag unter der Strasse. „Das ist Downcycling“, erklärt Volker Thome vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP aus der Gruppe der Betontechnologie in Holzkirchen. Das heisst, es handelt sich dabei lediglich um die Wiederverwertung von Rohstoffen, deren Qualität sich von Vorgang zu Vorgang verschlechtert.

Gelänge es, die Gesteinskörnung von der Zementsteinmasse zu trennen, könnte der Kies als Zusatz oder vielmehr als Zuschlag problemlos mit dem Frischbeton vermengt werden. „Die Rückgewinnung von hochwertigen Zuschlägen aus Altbeton würde die Recyclingquote etwa verzehnfachen und damit auf bis zu 80 Prozent steigern“, erklärt Thome. Liesse sich zudem auch einen Zementersatzstoff aus Altbeton gewinnen, könnten die CO2-Emissionen der Zementindustrie deutlich gesenkt werden. Um solches zu erreichen, hat Thome auf ein Verfahren zurück gegriffen, das russische Wissenschaftler schon vor rund siebzig Jahren entwickelten: die elektrodynamische Fragmentierung. Sie kann den Beton in seine Einzelbestandteile – Zuschläge und Zementstein – zerlegen.

150-Nanosekunden-Blitz 

Bei dieser Vorgehensweise lassen es die Forscher im deutschen Holzkirchen ordentlich blitzen. „Normalerweise bevorzugen Blitze es, durch Luft oder Wasser zu verlaufen und nicht durch einen Festkörper“, sagt Thome. Damit der Blitz in den Beton einschlägt und einen Durchschlag erzeugt, nutzt der Experte die Erkenntnisse der russischen Wissenschaftler: Sie stellten in den 40er-Jahren fest, dass die elektrische Durchschlagsfestigkeit –der Widerstand, den jede Flüssigkeit und jeder Feststoff einem elektrischen Impuls entgegensetzt – keine physikalische Konstante ist, sondern sich mit der Dauer des Blitzes ändert. „Bei einem äusserst kurzen Blitz unterhalb von 500 Nanosekunden besitzt Wasser plötzlich eine höhere Durchschlagsfestigkeit als die meisten Festkörper“, so Thome. Das heisst: Liegt der Beton unter Wasser und die Forscher generieren einen 150 Nanosekunden-Blitz, schlägt er bevorzugt nicht mehr ins Wasser ein, sondern in den Festkörper.  Dies ist laut Thome „der Clou“ an der Sache. Im Beton sucht sich der Blitz den Weg des geringsten Widerstands, und dies wiederum sind die Grenzen zwischen den Bestandteilen, das heisst, zwischen Kies und Zementsteinmasse. Die ersten generierten Impulse, die Vorentladungen, schwächen das Material mechanisch vor. „Die Vorentladung, die in unserer Fragmentierungsanlage die Gegenelektrode zuerst erreicht, führt dann zum elektrischen Durchschlag2, erläutert Thome. In diesem Moment bildet sich in dem Beton ein Plasmakanal aus, der binnen einer Tausendstel Sekunde wie eine Druckwelle von innen nach aussen wächst. Die Kraft dieser Druckwelle kann man mit der einer kleinen Sprengstoffexplosion vergleichen. Der Beton wird dabei laut Thome auseinandergezogen und in seine Bestandteile zerlegt.
 
Zurzeit gelingt es den Forschern mit der Labor-Fragmentierungsanlage, pro Stunde eine Tonne Altbeton aufzubereiten. Um aber wirtschaftlich arbeiten zu können, braucht es eine Durchsatzrate von mindestens 20 Tonnen pro der Stunde. Thome rechnet damit, dass in zwei Jahren eine entsprechende Anlage marktreif ist. (mai/mgt)