Holzreste machen aus Wüstensand einen nutzbaren Beton-Rohstoff

Sand ist einer der meistgenutzten Rohstoffe der Welt – und zugleich einer der am wenigsten beachteten. Ohne ihn gäbe es keinen Beton, keine modernen Städte, keine Straßen, Brücken oder Tunnel. Der Bauboom der vergangenen Jahrzehnte hat den Bedarf an geeignetem Bausand in die Höhe getrieben, mit spürbaren Folgen für Flusslandschaften, Küstenregionen und Ökosysteme weltweit. Paradoxerweise liegen ausgerechnet in Wüsten gewaltige Sandmengen brach, während anderswo geeigneter Sand knapp wird. Genau an diesem Widerspruch setzt eine aktuelle Forschungsarbeit an: Wissenschaftler:innen aus Norwegen und Japan untersuchen, wie sich Wüstensand doch noch als Baustoff nutzbar machen lässt.

Wüstensand und Beton war bisher keine gute Kombination

Sand ist der wichtigste mineralische Bestandteil von Beton, und in seiner Beschaffenheit entscheidet sich, ob ein Gemisch tragfähig wird. Für Beton braucht es Körner mit bestimmten Größen und scharfkantigen Strukturen, damit sie sich unter Zugabe von Zement und Wasser zu einem dichten, festen Gefüge verbinden. Wüstensand hingegen entsteht durch Windverwehung: Die Körner werden über lange Zeit fein geschliffen und dabei rund und glatt. Dadurch fehlt ihnen die „Griffigkeit“, die für mechanische Verzahnung im Beton notwendig wäre. Das macht ihn für klassische Betonmischungen ungeeignet und erklärt, warum selbst sandreiche Wüstenstaaten Sand importieren müssen, obwohl sie über enorme Sandvorkommen verfügen.

Ren Wei, Professor am Department of Manufacturing and Civil Engineering der Norwegian University of Science and Technology, beschreibt das Kernproblem so: „The challenge is that desert sand is so fine-grained that it is not suitable as a fastener in concrete.“ Die Folge sei, dass der Beton nicht hart genug werde, um in Bauprojekten eingesetzt zu werden.

Neuartiges Bindekonzept mit Holzresten

Um diese materialtechnische Hürde zu überwinden, entwickelte das Forschungsteam gemeinsam mit Kolleg:innen aus Japan ein alternatives Konzept. Statt Wüstensand in herkömmlichen Beton einzumischen, setzten sie auf ein neues Material, das ohne klassischen Zement auskommt. Feiner Wüstensand wird dabei mit pflanzlichen Zusatzstoffen und Holzpartikeln kombiniert und unter Hitze sowie hohem Druck zu festen Elementen gepresst.

Entscheidend ist das im Holz enthaltene Lignin. Dieses natürliche Polymer wird bei erhöhter Temperatur plastisch und kann als Bindemittel wirken. Unter Druck verbindet es die feinen Sandkörner zu einer kompakten Struktur. Die alkalischen Eigenschaften des Sandes unterstützen diesen Prozess zusätzlich. Das Ergebnis ist ein Material, das nach Angaben der Forscher:innen für Pflastersteine und Gehwegplatten ausreichend stabil ist.

Die Idee dahinter ist nicht nur technisch, sondern auch ökologisch motiviert. Holzreste fallen in großen Mengen als Nebenprodukt in der Forst- und Holzindustrie an. Ihre Nutzung als Bestandteil eines Baustoffs könnte Ressourcen effizienter einsetzen und zugleich die Abhängigkeit von klassischem Zement reduzieren, dessen Herstellung erhebliche Mengen an Kohlendioxid freisetzt.

Neue Methode bietet Ansatz für nachhaltigeres Bauen

Bislang befindet sich das Verfahren im experimentellen Stadium. Die Tests konzentrierten sich auf kleinere Bauelemente, insbesondere nichttragende Strukturen. Ob das Material langfristig witterungsbeständig ist und auch unter wechselnden klimatischen Bedingungen stabil bleibt, muss erst noch untersucht werden. Ebenso offen ist, wie energieintensiv die industrielle Produktion unter realen Bedingungen wäre.

Dennoch weist der Ansatz in eine interessante Richtung. Die Kombination aus lokal verfügbarem Wüstensand und organischen Reststoffen könnte insbesondere in Regionen mit knappen Ressourcen neue Möglichkeiten eröffnen. Gleichzeitig würde sich der Druck auf empfindliche Fluss- und Küstenökosysteme verringern, die derzeit als Sandquellen dienen.

Sollten weitere Untersuchungen die bisherigen Ergebnisse bestätigen, könnte sich das Bild der Wüste als bautechnisch „wertloser“ Raum verändern. Was bislang als ungeeignet galt, könnte künftig Teil einer nachhaltigeren Baustoffstrategie werden – vorausgesetzt, Forschung und Praxis finden gemeinsam tragfähige Lösungen.

via Norwegian SciTech News / NTNU