Stoffkreislauf Carbonbeton

Bei der Carbonbetonbauweise handelt es sich um einen geschlossenen Stoffkreislauf. In den sehr umfangreichen Untersuchungen entlang des gesamten Stoffkreislaufes wurden für das im Carbonbeton verwendete Carbon bisher keine lungengängigen Faserfragmente im Größenbereich der WHO-Definition festgestellt. Dadurch sind aktuell keine über die üblichen Arbeitsschutzbestimmung hinausgehenden Maßnahmen erforderlich.

Produktion von Carbon
Für die Herstellung von Bewehrungen werden mittels Pyrolyseprozess viele einzelne Kohlenstofffasern zu einem Garn zusammengeführt. Als Ausgangsstoff für die im Bauwesen verwendeten Garne kommt ausschließlich das Material Polyacrylnitril – kurz PAN – zum Einsatz. Die Herstellung der Carbonfasern erfolgt weltweit, für das Bauwesen insbesondere in Asien, Nordamerika und Europa. Im großtechnischen Maßstab können weltweit jährlich über 150.000 Tonnen Carbonfasern (Stand 2017) hergestellt und anschließend verarbeitet werden, wovon im Bauwesen zurzeit weltweit jährlich 5.410 Tonnen bzw. deutschlandweit 400 Tonnen eingesetzt werden – Tendenz steigend.

Für die Produktion von Carbonbeton sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Hexcel Composites GmbH, SGL Carbon SE, Solvay GmbH, Teijin Carbon Europe GmbH, Carbon Fiber Division (MCCFC; USA) und ZOLTEK Corporation (Toray + Zoltek; USA)

Fertigung von Bewehrungen
Die Carbongarne werden in textiltechnologischen Prozessen zu Matten oder stabförmigen Bewehrungen verarbeitet und dabei mit einer Kunststoffmatrix getränkt. Demzufolge beschreibt die Carbonbetonbauweise keine Bauweise, bei der Kurzfasern verwendet werden. Die Herstellung solcher Bewehrungen findet vorzugsweise in Europa statt.

Für die Fertigung von Bewehrungen sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: solidian GmbH, Hitexbau GmbH, Sika Deutschland GmbH, thyssenkrupp Carbon Components und WILHELM KNEITZ Solutions in Textile GmbH

Herstellung von Bauteilen
Die Herstellung von neuen Bauteilen aus Carbonbeton erfolgt in erster Linie in Betonfertigteilwerken. Werden bestehende Stahlbetonbauwerke mit Carbonbeton verstärkt oder instandgesetzt, erfolgt dies direkt vor Ort auf der Baustelle. Die Carbonbetonbauweise zeichnet sich dadurch aus, dass gegenüber dem Einsatz von Stahlbeton bis zu 80 % Material eingespart werden kann. Unabhängig davon macht die Bewehrung aus Carbon weniger als drei Prozent der Masse eines Bauteiles aus. Somit sind die Konstruktionen aus Carbonbeton in der Formgebung flexibel und benötigen weniger Ressourcen.

Für die Herstellung von Bauteilen sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Betonwerk Oschatz GmbH, Beton- und Naturstein Babelsberg GmbH, GOLDBECK Ost GmbH, Hentschke Bau GmbH, Hering Bau GmbH & Co KG, Klebl GmbH und Weber Betonwerk GmbH

Erstellung von Bauwerken
Die im Betonwerk hergestellten Deckenplatten, Sandwichwände, Träger, Brückensegmente und vieles mehr werden mit geringem Aufwand auf die Baustelle transportiert, gefügt und lassen ein gesamtes Bauwerk entstehen. Die Fertigteile aus Carbonbeton werden dabei wie gewöhnliche Fertigteile behandelt und in die Bauprozesse integriert.

Für die Erstellung von Bauwerken sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Max Bögl Bauservice GmbH & Co KG, Koch GmbH und TORKRET GmbH

Nutzung von Carbonbeton
Über die gesamte Phase der Nutzung ist das Bohren, Sägen, Schneiden, Brechen oder eine anderweitige Bearbeitung der Bauteile aus Carbonbeton mit handelsüblichen Werkzeugen möglich.

Abbruch und Rückbau
Auch für einen Rückbau und eine Wiederverwendung von Bauteilen aus Carbonbeton, aber auch deren Abriss und Zerkleinerung können die bereits heute marktgängige Geräte und Maschinen uneingeschränkt verwendet werden.

Für die Abbruch und Rückbau sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Caruso Umweltservice GmbH, MB Spezialabbruch GmbH & Co. KG und steinbeisser Betonbearbeitung GmbH + Co KG

Zerkleinerung und Sortierung
Die Zerkleinerung des Abbruchmaterials kann durch konventionelle Brechertechnik erfolgen. Dabei wird die Bewehrung vom Beton erfolgreich getrennt. Die anschließende Sortierung ist mit einer sensorbasierten Sortieranlage durchführbar, das ebenfalls in der Kunststoffsortierung eingesetzt wird.

Für die Zerkleinerung und Sortierung sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Caruso Umweltservice GmbH, H. Nestler GmbH & Co.KG und Nordmineral Recycling GmbH & Co. KG, STEINERT GmbH und TOMRA Sorting GmbH

Aufbereitung der Bewehrung
Für die stoffliche Verwertung des zurückgewonnenen Carbons, muss die Kunststoffmatrix unter anderem durch eine thermische Zersetzung vom Carbon entfernt werden. Hierzu wird das Carbon einem Pyrolyse- oder Solvolyseprozess zugeführt.

Für die Aufbereitung der Bewehrung sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Abfallentsorgung Stadt Burgau, carboNXT GmbH, GESA Engineering und Apparatesysteme GmbH und ELG Carbon Fibre Ltd. (GB)

Thermische Verwertung der Bewehrung
Ein geringer Teil des zurückgewonnenen Carbons, der eine für die Weiterverarbeitung zu kurze Faserlänge (kleiner als 40 mm) aufweist, wird aktuell noch thermisch verwertet. Hierzu sind Temperaturen oberhalb 800 °C und einer Verweildauer von 60 Minuten erforderlich. Dies ist beispielsweise im Rahmen des Calicumcarbid-Prozesses gegeben.

Für die Thermische Verwertung der Bewehrung sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: Alzchemie Group AG

Herstellung von Recyclingprodukten
Im Bauwesen kann das aufbereitete Carbon unter Zugabe von neuwertigen thermoplastischen Fasern für die Herstellung neuer Bewehrungen in Form von Matten und Stäben eingesetzt werden. Weitere Anwendungen aus baufremden Sektoren umfassen unter anderem die Herstellung von Front- und Heckschürzen für Autos, Rahmen und Anbauteile für Fahrräder und Vliesstoffe.

Für die Herstellung von Recyclingprodukten sind unter anderem folgende Institutionen verfügbar: carboNXT GmbH, Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden, ITV Denkendorf Produktservice GmbH, Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V., WIPAG Süd GmbH & Co. KG/WIPAG Nord GmbH & Co. KG und ELG Carbon Fibre Ltd. (GB)

Obwohl der Stoffkreislauf Carbonbeton bereits jeden Schritt zu besetzen weiß, versprechen unter anderem die neusten Forschungs- und Entwicklungsleistungen der über 160 Partner des C³-Projektes weitere Handlungsalternativen – sodass die Nachhaltigkeit der Betonbauweise noch weiter steigen wird. Mit der wirtschaftlichen Verwertung vom recyceltem Carbon kann die Bundesrepublik Deutschland – nicht nur im Bauwesen – eine globale Vorreiterstellung im dem weltweit stark wachsenden Markt einnehmen.

Den Film „Stoffkreislauf Carbonbeton“ finden Sie in unserem Downloadbereich.

Stand: Oktober 2019