Reduzieren Sie die Klimaauswirkungen des Bauwesens mit Algenziegeln

Zement – ​​der wesentliche Bindemittelbestandteil in Beton, Ziegeln und Mörtel – ist ein Klima-Albtraum. Um es herzustellen, erhitzt man Kalkstein und Ton mithilfe kohlenstoffverschmutzender fossiler Brennstoffe auf extrem hohe Temperaturen. Dadurch wird ein chemischer Prozess in Gang gesetzt, der ebenfalls große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzt. Der Prozess ist so kohlenstoffintensiv und Zement wird so weit verbreitet, dass er für rund 8 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich ist. Da sich der weltweite Gebäudebestand bis 2060 voraussichtlich verdoppeln wird, drängen Klimabefürworter dringend darauf, dass alternative Materialien schnell auf den Markt kommen.

Eine Fabrik in Longmont, Colorado, könnte die Antwort haben. Bis Ende dieses Jahres wird mit der Produktion von Betonsteinen begonnen, die nicht aus Zement, sondern aus Algen bestehen. Prometheus Materials, das 2021 aus einem Forschungsprojekt an der University of Colorado hervorgegangen ist, nimmt Mikroalgen, die normalerweise in Seen oder Teichen vorkommen, und züchtet sie in Bioreaktoren. Sie fügen Luft hinzu, sodass sich die Algen von dem darin enthaltenen Kohlendioxid, aber auch von Meerwasser und Licht von LED-Lampen ernähren können. Dadurch können die Algen eine zementartige Substanz produzieren, die Sand mit Kies oder Steinen zu Beton verbinden kann. Die Methode ahmt den natürlichen Prozess nach, durch den Organismen Hartkorallenriffe und Muscheln bilden.

Die algenbasierten Ziegel sollen 2023 im Handel erhältlich sein. Sie wurden in Zusammenarbeit mit dem US-Architekturbüro Skidmore, Owings & Merrill (SOM) entworfen und teilweise finanziert, das für die Gestaltung des Burj Khalifa in Dubai und New York bekannt ist Ein World Trade Center.

Laut Loren Burnett, CEO von Prometheus Materials, wird bei der Herstellung der Ziegel derzeit ein Zehntel des CO2 der herkömmlichen Betonsteinproduktion emittiert. Wenn das Unternehmen die Installation von Solarmodulen zur Stromversorgung seiner Produktionsanlage abgeschlossen hat, wird dieser Prozess CO2-neutral und in drei Jahren CO2-negativ sein, so Burnett. „Während des Prozesses wird praktisch kein CO2 ausgestoßen und wir binden tatsächlich CO2“, sagt er. „Weil die Algen es durch Photosynthese absorbieren und wir diese Algen dann in unsere Baumaterialien einbauen.“

Der Produktionszeitplan von Prometheus stellt es an die Spitze einer Bewegung, die kohlenstoffintensive konventionelle Baumaterialien wie Stahl und Beton durch Materialien ersetzt, die aus Pflanzen und anderen Organismen gewonnen werden. Der sogenannte „biobasierte“ Werkstoffsektor steckt noch in den Kinderschuhen. Befürworter sagen jedoch, dass es das Potenzial hat, die Bauindustrie von einem der weltweit größten Emittenten – der für 11 % der CO2-Emissionen verantwortlich ist – in einen Kohlenstoffabsorber zu verwandeln. Das heißt, vom Klimaschurken zum Teil der Lösung.

Die Nutzung der Natur beim Bauen ist nichts Neues. Seit Tausenden von Jahren nutzen Menschen die Pflanzen und organischen Stoffe, die um sie herum wachsen, und verwandeln sie in Strukturen. Von Südafrika über England bis Afghanistan wird seit langem Stroh mit Erde und Wasser vermischt, um Kolben herzustellen. Schnell wachsender und starker Bambus ist ein Schlüsselelement vieler traditioneller Architektur in Ostasien. Und Holz erfreut sich in vielen Ländern seiner historischen Beliebtheit: 90 % der neuen Häuser in den USA werden immer noch mit Holzrahmen gebaut. In den letzten Jahrzehnten haben Umweltaktivisten darauf gedrängt, dass diese kohlenstoffabsorbierenden Materialien zur Norm in Häusern und kleinen Bauten werden.

Doch der Bau im großen Maßstab mit natürlichen Materialien hat sich als schwierig erwiesen (obwohl in einigen Städten einige hochkarätige Holzwolkenkratzer aus dem Boden schießen). Deshalb entwickeln Wissenschaftler eine neue Generation organischer Materialien, die stark und vielseitig genug sind, um kohlenstoffintensiven Stahl und Beton zu ersetzen. Um diese Bemühungen zu fördern, kündigte das US-Energieministerium im Juni Zuschüsse in Höhe von 39 Millionen US-Dollar für 18 Projekte an, die sich mit „Technologien beschäftigen, die Gebäude in Netto-Kohlenstoffspeicherstrukturen umwandeln können“. Das Team der University of Colorado, das hinter den Algensteinen steht, ist einer der Empfänger. Ein anderer Stipendiat arbeitet an einem Dämmstoff auf Pilzbasis, der zur Nachrüstung von Häusern eingesetzt werden kann. Ein Dritter möchte dem Holz Mikroben hinzufügen, um ein „lebendiges“ Material „mit der Festigkeit von Stahl“ zu schaffen.

Mehr lesen:Für Häuser aus Stroh oder Pilzen können Sie in den Niederlanden jetzt eine günstigere Hypothek erhalten

Nur eine Handvoll neuer biobasierter Materialien haben es bereits auf den Markt geschafft: bioMason, ein in Durham, North Carolina, ansässiges Unternehmen, das Bakterien mit Kalzium und CO2 füttert, um einen Biozement zu erzeugen, verkauft derzeit Fliesen in den USA und Europa. Mittlerweile verkauft das niederländische Biotech-Unternehmen Basilisk Beton, der kalkbildende Bakterien enthält, sowie eine Mischung, die auf bestehende Gebäude aufgetragen werden kann und es dem Beton ermöglicht, sich von Rissen selbst zu heilen, wodurch unnötige Abrisse und Neubauten vermieden werden.

Die meisten Unternehmen, die biobasierte Materialien entwickeln, stehen vor den gleichen Herausforderungen wie andere klimafreundliche Technologien: Sie haben immer noch Schwierigkeiten, ihre Laborerfolge auf einen kommerziellen Maßstab zu übertragen, und das zu Kosten, die mit kohlenstoffverschmutzenden Alternativen mithalten können. Einige müssen auch herausfinden, wie sie große Mengen der von ihnen ausgewählten organischen Substanz erhalten können, ohne mit der Agrarindustrie, Natursanierungsprojekten und erneuerbaren Energien um Land zu konkurrieren.

Aber Brant Coletta, ein Partner bei SOM, der mit Prometheus beim Entwurf seiner Bausteine ​​zusammengearbeitet hat, behauptet, die „einfache Skalierbarkeit“ der Technologie sei der Hauptanreiz für das Architekturbüro gewesen. Zunächst wird Prometheus seine Algen – deren Volumen sich alle vier bis sechs Stunden verdoppeln kann – in seinem Werk in Colorado züchten, um daraus das zementartige Material herzustellen, es in Ziegel zu verarbeiten und diese an Kunden zu versenden. Innerhalb von 18 Monaten werden sie mit der Auslieferung einer getrockneten, leichten Version des Biozements beginnen, damit Kunden daraus Ziegel herstellen können – ohne teure Ausrüstung oder hochqualifiziertes Personal.

Um Coletta von diesem letzten Punkt zu überzeugen, schickte ihm einer der Mitbegründer von Prometheus per Post ein paar Steine ​​zusammen mit Fotos von seinen kleinen Kindern, die sie in ihrem Hinterhof bauten. „Die Qualitätskontrolle war dabei wahrscheinlich nicht die stärkste, aber sie zeigt, dass es sich um ein Produkt handelt, das seinen Weg auf den Weltmarkt finden kann“, sagt Coletta.

Laut Burnett soll die Sicherheitszertifizierung der Algensteine ​​von Prometheus durch die American Society for Testing and Materials bis Ende des Jahres abgeschlossen sein, zusammen mit dem Bau der Produktionsanlage. Er sagt, das Werk werde sofort mit der Produktion von „Zehntausenden“ Ziegeln beginnen und sich schnell auf eine „erhebliche“ Menge steigern – die geplanten Mengen wollte er jedoch aus kommerziellen Gründen nicht bekannt geben. Burnett lehnte es auch ab, den Endpreis der Ziegel vor Beginn der Produktion mitzuteilen, und das Unternehmen kann sich seiner Kosten sicher sein. „Unser Ziel ist es, dass an unsere Blöcke keine grüne Prämie geknüpft wird“, sagt er.

Selbst wenn sich herausstellt, dass die Kosten der Ziegel mit denen herkömmlicher Betonblöcke vergleichbar sind, kann es einige Jahre dauern, bis Architekten und Entwickler darauf vertrauen, dass „sie funktionieren und nur begrenzte bis gar keine Kostenauswirkungen auf Projekte haben“, sagt Coletta. Es gibt nicht viele Daten darüber, wie weit verbreitet organische Materialien in der Bauindustrie sind. Selbst in den Niederlanden, die sich in den letzten Jahren zu einem Zentrum für nachhaltige Baupraktiken entwickelt haben, sind Experten zufolge rund 3 % der verwendeten Materialien biobasiert.

Aber SOM, das sich als führend im Bereich grüner Architektur präsentiert und seinen Kunden kohlenstoffarme Optionen bieten möchte, wird die Ziegel in seine Materialliste aufnehmen, sobald die Sicherheitszertifizierung abgeschlossen ist. „Es kamen schon Kunden, die sahen, wie wir daran arbeiteten, und sagten, sie wollten es sofort in ihr Projekt integrieren“, sagt Coletta. „Es fällt mir schwer, meine Designteams zurückzuhalten.“

Schreiben Sie anCiara Nugent unter [email protected].