15. April 2024

Interview mit Frau Prof. Dr. Andrea Kustermann: Wie wird Beton zukunftsfähig?

Prof. Dr.-Ing. Andrea Kustermann ist seit Oktober 2013 Professorin für Bauchemie, Baustoffe und Bauen im Bestand an der Fakultät Bauingenieurwesen der Hochschule für angewandte Wissenschaften München. Nach ihrer Ausbildung zur Schreinerin studierte Andrea Kustermann Bauingenieurwesen an der Technischen Universität München und arbeitete dort als wissenschaftliche Hilfskraft am Baustoffinstitut. An der Universität der Bundeswehr München war sie tätig als wissenschaftliche Mitarbeiterin, wissenschaftliche Laborleiterin und akademische Direktorin, und am Institut für Werkstoffe des Bauwesens. Seit 1999 führt sie ein eigenes Ingenieurbüro für Bauschadensgutachten und Materialanalyse und ist seit 2003 Teilhaberin im Bauunternehmen für Sanierungs- und Umbauarbeiten Kustermann & Herz GbR.

Prof. Dr.-Ing. Andrea Kustermann (c) Julia Bergmeister
Wie haben Sie zum Studium des Bauingenieurwesens und zum Schwerpunktthema Baustoffe gefunden?

Prof. Kustermann: Eigentlich wollte ich als Schülerin Architektur studieren. Aber ich machte zuerst eine Schreinerlehre und lernte in dieser Zeit erst, dass es neben Architektur auch noch Bauingenieurwesen gibt und auch was der Unterschied ist. Ich hab mich genauer informiert und entschieden, dass ich Bauingenieurin werden will. Und im Studium fand ich die Baustoffe das spannendste Fach und besonders Beton fand ich faszinierend.

Der Baustoff Beton ist aufgrund seiner Eigenschaften aus dem Bauwesen nicht wegzudenken. Welche Eigenschaften machen den Beton so einzigartig?

Prof. Kustermann: Er ist unglaublich vielseitig einsetzbar, hat technisch wahnsinnig viele Möglichkeiten und – wenn er gut gemacht ist, ist er sehr dauerhaft.

Ist Beton nach aktuellem Forschungs- und Wissensstand ersetzbar?

Prof. Kustermann: Das kommt wie immer drauf an und hier auf den Einsatzzweck. An vielen Stellen kann man andere Baustoffe problemlos als Alternative verwenden. Aber an vielen Stellen z. B. im Ingenieurbau gibt es kaum Alternativen. Die Kombination aus hoher Tragfähigkeit und sehr guten Dauerhaftigkeitseigenschaften wie Wasserundurchlässigkeit, Frostbeständigkeit usw. machen ihn unersetzlich an vielen Stellen.

Der Baustoff Beton steht wegen seines klimaschädlichen Herstellungsprozesses in der Kritik, da er weltweit für bis zu neun Prozent der menschengemachten Treibhausgas-Emissionen verantwortlich ist. Um die Klimaziele zu erreichen muss der Emissionsanteil sinken. Die Frage ist, wie man den Baustoff Beton insgesamt zukunftsfähig machen kann.

Prof. Kustermann: Das klimaschädlichste am Beton ist eher das Bindemittel Zement. Daran wird derzeit in der Forschung gearbeitet, möglichst viel davon zu ersetzen. Den Beton zukunftsfähig machen heißt für mich primär den Beton möglichst gut und damit dauerhaft herzustellen. Das beste Bauwerk ist ein Bauwerk, das lange Zeit hält und auch lange genutzt wird. Wir bauen nicht nur für ein paar Jahre Nutzung, sondern für mind. 50 Jahre. Aber der Beton kann noch viel mehr, wenn er gut zusammengesetzt ist, sorgfältig hergestellt und auch das Bauwerk regelmäßig gewartet wird. Dann gibt es viele Stellschrauben z.B. evtl. an manchen Stellen schlanker zu bauen und evtl. jedes Bauteil einzeln zu prüfen, ob die Anforderung nötig ist. Häufig wird einfach ein Beton für alles verwendet, um den Ablauf einfacher zu gestalten. Und alle Komponenten des Betons müssen aber natürlich auch möglichst für den nachhaltigen Nutzen ausgewählt werden.

Beton besteht aus Wasser, Zement und Gesteinskörnung, wie Sand und Kies. Die bei der energieintensiven Zementproduktion entstehenden Emissionen nehmen einen Anteil von ca. 6% der weltweiten CO2 Emissionen ein. In der deutschen Zementproduktion werden 60% prozessbedingte und 40% energiebedingte Emissionen frei. Die energiebedingten Emissionen kann man beeinflussen, in dem grüne Energie (ohne Verbrennungsprozess) bereitgestellt wird. Wie lassen sich die prozessbedingten Emissionen reduzieren?

Prof. Kustermann: CaCO3 enthält CO2, das ab 800°C frei wird. Das ist mit diesem Rohstoff nicht vermeidbar. Ein Wechsel des Rohstoffs ist da eine Möglichkeit, das ist aber nicht einfach und da gibt es viel Forschung und auch schon einige Produkte, die aber derzeit noch nicht großtechnisch verfügbar sind und auch nicht an jeder Stelle einsetzbar sein.

Gibt es eine klimafreundliche Alternative für Zement?

Prof. Kustermann: Viel Forschung gibt es im Bereich von Zusatzstoffen, die den Zement teilweise substituieren. Heute und auch nach geltender Normenlage ist da schon ein sehr großes Einsparpotential, wenn man die Möglichkeiten ausschöpft, die es gibt. Das beeinflusst dann u.U. den Bauablauf, die Bauzeit usw., was nicht immer gern gesehen ist. Hier sollten alle an einem Strang ziehen und sofort alle Möglichkeiten, die es bereits gibt ausschöpfen.

Beton besteht in der Regel aus 35% aus Sand und 65% aus Kies, Splitt und Schotter. Die Ressourcen Sand und Kies sind auf der Erde nur begrenzt verfügbar. Welche ressourcenschonenden und klimafreundlichen Ersatzbaustoffe gibt es hier?

Prof. Kustermann: Rezyklierte Körnung ist als Ersatz der groben Gesteinskörnung in gewissen Anteilen bereits schon nach Norm erlaubt. Die neue DIN, die demnächst erscheinen soll, lässt da noch etwas mehr zu und teilweise auch rezyklierten Sand. Unsere Forschung an der Hochschule München hat zum Ziel möglichst 100% der Gesteinskörnung im Beton durch rezyklierte Körnung zu ersetzen. Dies ist vielleicht noch nicht für Spezialbetone möglich, aber für den Großteil der üblicherweise eingesetzten Betone ist dies auch mit rein rezyklierter Körnung möglich. Hier versuchen wir auch Rezyklate einzusetzen, die derzeit nicht nach Norm wiederverwertet werden, um möglichst viele Ressourcen zu schonen und weniger zu deponieren.
Dies schont unsere natürlichen Ressourcen und wenn ein Aufbereitungsstandort in der Nähe ist, spart dies auch eine Menge CO2 aus den Transporten.

Welche Auswirkungen haben der Einsatz ressourcenschonender Ersatzbaustoffe in der Betonherstellung auf die Eigenschaften des Betons?

Prof. Kustermann: Rezyklierte Gesteinskörnung saugt meist mehr als natürliche Gesteinskörnung- zumindest im Vergleich zu den meisten natürlichen Körnungen. Das bedeutet, dass man Saugwasser bei der Herstellung berücksichtigen muss. Das ist nicht trivial, aber betontechnologisch lösbar.

Welche gesetzlichen Vorgaben und Normen gibt es für die Verwendung von ressourcenschonendem Beton (R-Beton) im Bauwesen? Wird die Verwendung von R-Beton vom Staat gefördert?

Prof. Kustermann: R-Beton kann nach Norm seit über 20 Jahren eingesetzt werden und die neue Norm, die demnächst in Kraft tritt lässt noch mehr an Ersatz der natürlichen Körnung zu. Ziel sollte es sein, möglichst viel wiederzuverwenden bzw. wiederzuverwerten, auch Rezyklate mit geringer Qualität. Gefördert wird dies durch die Vergabe von Nachhaltigkeitszertifikaten (z.B. DGNB), die u.a. für die Verwendung bestimmter Anteile an Rezyklaten vergeben werden und dann eine Förderung nach sich ziehen.

Beton kann Kohlendioxid (CO2) aufnehmen, einen Prozess, der als „Karbonatisierung“ bezeichnet wird. Bei diesem Prozess reagiert das CO2 in der Atmosphäre mit dem Calciumhydroxid im Beton, um Calciumcarbonat zu bilden. Wieviel Prozent kann Beton an CO2 aufnehmen und wie kann die Kapazität vergrößert werden?

Prof. Kustermann: Der Vorgang der Karbonatisierung ist gekennzeichnet durch die Aufnahme von CO2 und damit gleichzeitig dem Verbrauch des Calaciumhydroxids. Wieviel aufgenommen werden kann hängt vom im Zementstein vorhandenen Calciumhydroxid ab. Wenn das enthaltene Calciumhydroxid komplett mit dem CO2 aus der Umgebung reagiert hat, liegt ein durchkarbonatisierter Beton vor. Dies bedeutet, dass der enthaltene Bewehrungsstahl im Beton keinen Korrosionsschutz mehr aufweist. Das Calciumhydroxid schütz den Stahl im Beton durch die enthaltenen OH-Ionen. Sind diese verbraucht, kann es bei Anwensenheit von Feuchte schnell zu großflächiger Korrosion kommen. Daher ist die Karbonatisierung als CO2 Senke stets vor diesem Hintergrund zu betrachten, dass dies u.U. einen grossen Nachteil mit sich bringt, der die Gebrauchstauglichkeit und sogar die Tragfähigkeit eines Stahlbetons beeinflusst. Bei Verwendung alternativer Bewehrung oder im unbewehrten Beton ist diese Gefahr natürlich nicht gegeben.

Die Rückbaufähigkeit von Bauwerken ist ein großes Thema in Ihrer Forschung, ebenso die Möglichkeiten der Wiederverwendung und Verwertung von Abbruchmaterial. Wo liegen die Herausforderungen?

Prof. Kustermann: Die Herausforderungen beim Rückbau unserer heutigen Bauten und auch der Bauten der letzten Jahrzehnte ist die sortenreine Trennung am Ende der Nutzungsphase. Ein Baustoffkreislauf kann nur entstehen, wenn die Baustoffe auch aus den Bauwerken wiedergewonnen werden können ohne allzu viele Fremdanhaftungen. Eine Idee ist, die Technik bei der Sortierung und Aufbereitung für die Wiederverwertung der Rezyklate zu verbessern. Dies passiert stetig, aber es kann nicht die alleinige Lösung sein. Bei der Planung und beim Bau muss bereits der Rückbau mitgedacht werden. Hier evtl. neue Detailkonstruktionen oder andere Bauweisen wieder zu etablieren zugunsten der Trennbarkeit und Rückbaubarkeit, dürfte eine der ganz großen Herausforderungen der Zukunft am Bau sein.

Wie setzten Sie Ihre Erkenntnisse als Unternehmerin eines Bauunternehmens für Sanierungs- und Umbauarbeiten ein?

Prof. Kustermann: Gerade in der Sanierung und beim Umbau wird häufig mit Baustoffen gearbeitet, die nicht immer einfach rezyklierbar sind. Aber auch hier kann man versuchen, rückbaubare Konstruktionen und rezyklierbare Baustoffe- sofern möglich und verfügbar für den Einsatzzweck- zu verwenden. Das Wichtigste ist aber möglichst viel des vorhandenen Baubestands zu verwenden, denn der größte Ressourcenschutz ist eine lange Lebens- und Nutzungsdauer der Bauwerke.

Gibt es in der Forschungsarbeit für einen zukunftsfähigen Beton eine gemeinsame Anstrengung und Zusammenarbeit von nationalen und internationalen Forschungsinstituten?

Prof. Kustermann: Ja, wir sind schon bei einigen internationalen Forschungsanträgen beteiligt – es gibt da international viel Interesse und wir freuen uns, dass wir gefragt werden und auch beteiligt sind. Aktuell arbeiten wir in einem EU-Interreg Projekt „ReBuilt“ mit, das sich mit Recyclingbeton und dessen Optimierung beschäftigt. Und in einem EU CORNET Projekt arbeiten wir mit 2 anderen Ländern an der Wiederverwertung chloridbelasteten Abbruchmaterials.

Vielen Dank für das Gespräch.