Mit synthetischem Sand wird Beton zur CO2-Senke: Das klappt mit grünem Strom, Klimagas und Meerwasser

Forscher der Northwestern University in Evanston und Chicago ersetzen Sand, der weltweit zur Mangelware zu werden droht, bei der Herstellung von Beton durch ein synthetisches Material, das der Luft entnommenes Kohlenstoffdioxid (CO2) bindet. Damit werden die CO2-Emissionen bei der Herstellung von Zement, einer weiteren Zutat für Beton, mehr als ausgeglichen. Bauen mit Beton wird zur CO2-Senke, das Klima also entlastet. Denn der synthetische Sand besteht etwa zur Hälfte aus Klimagas. Vier Teile davon kommen auf einen Teil Zement, wenn Beton hergestellt wird.

Nebenbei entsteht noch Wasserstoff

Alessandro Rotta Loria, Assistenzprofessor für Bau- und Umweltingenieurwesen, und sein Team nutzen Elektrolyse, um Meerwasser zu spalten. Der schwache Strom, der zwischen den beiden eingetauchten Elektroden fließt, erzeugt Wasserstoff, der ausperlt und eingefangen werden kann, und Hydroxidionen. Diese verbinden sich mit CO2, das die Forscher während des Elektrolyseprozesses ins Wasser einleiten, und anderen Ionen wie Kalzium und Magnesium, die natürlicherweise im Meerwasser vorkommen, zu festen Mineralien, darunter Kalziumkarbonat und Magnesiumhydroxid. Kalziumkarbonat wirkt direkt als CO2-Senke, während Magnesiumhydroxid durch weitere Wechselwirkungen mit CO2 Kohlenstoff bindet.

Orientierung an Muscheln und Korallen

Loria hat sich bei der Entwicklung seiner Sandersatz-Synthese an Muscheln und Korallen orientiert. Diese nutzen Energie aus ihrem Stoffwechsel, um im Meerwasser gelöste Ionen in Kalziumkarbonat umzuwandeln, aus denen ihre Schutzhüllen bestehen. Statt der Stoffwechsel-Energie nutzt Loria grünen Strom für die Elektrolyse. Weitere Energie benötigt er, um CO2 aus der Luft zu gewinnen.

Sandersatz auch für Farben und Putze

Die Konsistenz des Materials lässt sich durch Veränderung der Parameter an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen. Je nach Spannung, Stromstärke und der eingeblasenen Menge an CO2 entstehen flockige, poröse oder besonders harte Mineralien. „Wir können die Eigenschaften vollständig kontrollieren“, sagt Loria. “Das gibt uns eine gewisse Flexibilität bei der Entwicklung von Materialien, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind.“
Außer zur Herstellung von Beton kann der künstliche Sand auch für Farben und Putze verwendet werden. Loria will für die technische Herstellung von synthetischem Sand große Reaktoren direkt an den Meeresküsten nutzen.

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