Das erste Carbonbeton-Haus der Welt steht an der Einsteinstraße nahe am Campus der TU Dresden. Foto: Heiko Weckbrodt
„Cube“ soll ökologische und architektonische Revolution auf Baustellen auslösen
Dresden, 28. September 2022. Das weltweit erste Carbonbeton-Haus ist fertig: Nach zweieinhalbjähriger Bauzeit haben die Macher den „Cube“ genannten Experimentalbau heute eingeweiht. Der zwei Millionen Euro teure Zweigeschosser im Karree zwischen Bergstraße, Zelleschem Weg und Einsteinstraße besteht aus Glas, Holz und einem in Dresden entwickelten Leichtbau-Material, das mit Kohlenstoff-Fasern statt Stahl verstärkt ist.
„Die Zukunft des Bauens“
„Da steht die Zukunft des Bauens“, ist TU-Rektorin Prof. Ursula M. Staudinger überzeugt. Diese Technologie halbiere den Betonverbrauch und die Bauzeit für viele Vorhaben, senke die Kohlendioxid-Bilanz bei der Betonherstellung sogar um 70 Prozent, während die effektive Nutzfläche in den damit errichteten Häusern um zwölf Prozent zulege. Der neue Leichtbaustoff schiebe „die Grenzen des Machbaren“ hinaus und werde eine „Transformation hin zu einem ökologischen Bauen“ auslösen.
Prof. Manfred Curbach hält große Stücke auf die Qualität der Carbonbeton-Platten, die Roboter im Betonwerk Oschatz für den „Cube“ vorproduziert haben. Statt 43 cm wie bei Stahlbeton sind die Carbonbeton-Wände bei gleicher Belastbarkeit nur 28 cm dick – inklusive Innendämmung. Foto: Heiko Weckbrodt
Extravaganter Carbon-Würfel soll Wahrzeichen wie Zwinger und Semperoper werden
Mit dem „Cube“ haben Carbonbeton-Erfinder Prof. Manfred Curbach von der Technischen Universität Dresden (TUD) und sein Team gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Einerseits bietet der Neubau zusätzliche Labore, Langzeit-Versuchsstände, Büros und Veranstaltungsflächen für die Bauingenieure der Zukunft. Andererseits hat die Uni die extravagant geformte Kombination aus „Cube“ und „Twist“, also einem Würfel mit grazil verdrehter Dach-Wand-Konstruktion, nicht ganz zufällig an so prominenter Stelle an zwei großen Ausfallstraßen am Campus platziert: Das Carbonhaus soll abends als leuchtender Hingucker Dresden-Besucher begrüßen, die per Auto in die Stadt gelangen. Auf lange Sicht könnte sich der Cube-Twist womöglich gar zu einem ähnlichen Wahrzeichen für Dresden entwickeln wie Zwinger und Semperoper, orakelt der sächsische Wirtschafts-Staatssekretär Thomas Kralinski.
Das Luftbild zeigt frühere Arbeiten an der Carbonbetonbrücke für die Staatsstraße 111 bei Wurschen. Foto: Stefan Gröschel, IMB, TU Dresden
Carbonbeton-Schichten können alte Brücken und Gebäude langlebiger machen
Zwar gab es zuvor schon Carbonbeton-Pilotprojekte der Dresdner Bauexperten: Mit dem neuen Leichtbaumaterial haben sie beispielsweise die Carolabrücke verbreitert und den Beyerbau der Uni saniert. Generell haben sich durch diese und weitere „Piloten“ zwei vielversprechende Anwendungsfelder herauskristallisiert: Erstens können nachträglich aufgebrachte dünne Carbonbeton-Schichten die Lebensdauer und den Aufprallschutz von Brücken und Altbauten deutlich verbessern. Und zweitens ist das leichte Material oft die einzige Option, um besonders luftige Architekturen oder um Anbauten zu realisieren, die mit schwerem Stahlbeton aus statischen Gründen gar nicht möglich wären.
So sieht Carbonbeton innen aus. Hier ein Profil aus Beton, der mit kohlenfaser-Bauteilen statt mit Stahl verstärkt wurde. Foto: Heiko Weckbrodt
Leichtbaumaterial erstmals für Hausneubau eingesetzt
Durch den „Cube“ hat Curbach nun aber auch den Beweis angetreten, dass sein Carbonbeton ebenfalls für komplette Hausneubauten taugt. Das Dresdner Pilotprojekt hat zwar durchaus auch einige Praxistücken der innovativen Technologie offenbart. Zum Beispiel ist die neue grazile Bauweise nichts für Grobmotoriker und braucht daher entsprechend nachqualifizierte Arbeiter. Dennoch ist jetzt der prinzipielle Nachweis erbracht, dass der Carbonbeton auf der Baustelle „funktioniert“.
Auch ein Konzept für das Recycling von Carbonbeton haben die Bauingenieure inzwischen entwickelt: Abrissbagger zerteile die Mauern zunächst grob, dann kommen die Brocken in den Feinzerkleinerer. Dann läuft das zertrümmerte Material über ein Förderband, wo per Luftgebläse und Kamera-Erkennung die Carbonreste weggeblasen werden. Hochwertige Carbonfasern lassen sich für Carbonteile wiederverwenden, bei niederwertigen Fasern bleibt allerdings nur der Ofen. Weil Carbonbeton-Gebäude nicht nur weniger Beton verbrauchen, sondern laut Prognose auch 200 statt nur 100 Jahre halten wie herkömmliche Betonbauten, dürfte die ökologische Gesamtbilanz dennoch zu Gunsten des Leichtbaumaterials ausfallen. Foto: Heiko Weckbrodt
Durch Verzicht auf Stahl sind dünnere Wände möglich
Mit diesem anfassbaren Erfolg im Rücken will der Professor eine mittlere Revolution in der Branche auslösen: hin zu einem ressourcensparenden, ökologischen und leichteren Bauen. Das soll sich für die Bauherren auch finanziell lohnen. Denn beim Carbonbeton muss kein Bewehrungs-Stahl mit dicken Betonschichten und basischen Spezialstoffen vor Rissen und Langzeit-Rost geschützt werden. Bei gleicher Belastbarkeit sind Wände mit einer Bewehrung aus Kohlenstoff-Netzen oder -Stäben daher etwa ein Drittel schmaler, teils sogar noch dünner. Der gesamte Betonverbrauch sinkt stark und damit auch der immense Energie- und Ressourceneinsatz in der Zementproduktion. Zudem rechnen die Dresdner Bauingenieure damit, dass mit Carbonbeton errichtete Häuser und Brücken – auch wegen der wegfallenden Korrosionsprobleme – doppelt so lange halten wir bisher.
Prognose: 2025 ist Carbonbeton billiger als Stahlbeton
„Unterm Strich ist Carbonbeton schon heute nicht teurer als Stahlbeton“, betont der Chef des TUD-Instituts für Massivbau aus all diesen Gründen heraus. Angesichts der jüngsten Preissteigerungen und Lieferkettenprobleme bei den klassischen Baumaterialien verschiebe sich diese Kalkulation derzeit sogar zu Gunsten seines Leichtbaustoffes. „In zwei bis drei Jahren könnte Carbonbeton bereits billiger als Stahlbeton sein“, prognostiziert Curbach.
Turnhallen und Drohnenflugzentrum aus dem neuen Material geplant
Die nächsten Carbonprojekte sind bereits in der Pipeline: Der Dresdner Baubürgermeister Jan Donhauser (CDU) hat angekündigt, für zwölf Millionen Euro an der Bernhardstraße eine Turnhalle mit Carbonbeton sanieren und eine weitere neu bauen zu lassen. In Leipzig ist ein siebenstöckiges Wohnhaus aus dem Leichtbaubeton geplant. Außerdem möchte Rektorin Staudinger die geplante 60 Meter hohe Drohnen-Testflughalle für das „Smart Mobility Lab“ der TUD in Hoyerswerda ebenfalls aus Carbonbeton hochziehen lassen. Und falls Curbach den beantragten Zuschlag für sein Großforschungszentrum in der Lausitz bekommt, will er auch in Görlitz ein größeres Gebäude in dieser Bauweise realisieren.
Weil in Carbonbeton auch leitfähige Kohlenstofffasern, Sensoren und LEDs einbetten lassen, sind auch solche haptischen Schalter möglich. Hier im Cube reicht an bestimmten Wänden ein Handdruck, damit Sensoren das die Hand erkennen und das Licht einschalten. Das mag im Moment aus Nutzer-Perspektive noch keinen Mehrwert im Vergleich zu einem klassischen Taster bringen, damit lassen sich aber auch neue Konzepte für leuchtende und „intelligente“ Straßen erproben. Foto: Heiko Weckbrodt
Carbonreste aus Autoproduktion
Parallel dazu forschen die Dresdner Bauingenieure und ihre Partner aus dem Verbund „Carbon Concrete Composite“ (C3) an weiteren Verbesserungen in ihrer Technologiekette. So sollen beispielsweise Roboter die Carbonbeton-Plattenproduktion in Oschatz noch stärker automatisieren. In einem neuen Sonderforschungsbereich (SFB) feilt das Curbach-Team an der Aufgabe, die Materialersparnis bei Carbonbeton von derzeit 50 auf 80 Prozent hochzutreiben. Ein weiteres Projekt fokussiert sich darauf, Carbonabfälle aus der BMW-Autoproduktion für das neue Bauen wiederzuwerten.
Leitfähiger Kohlenstoff enteist Parkplatz
Auch über ganz neue Einsatzfelder für Carbonbeton denken die Forscher nach: Eine dünne Schicht des leitfähigen neuen Materials mit eingebetteten Sensoren, Leuchtdioden oder Heizelementen könnte beispielsweise Straßen im Winter enteisen, Umleitungs-Infos direkt in die Fahrbahn einblenden oder Stauinformationen sammeln. Im kleinen Maßstab ausprobieren kann das Curbach-Team solcher Konzepte übrigens nun im „Cube“: Der Parkplatz sowie Teile der Küchenzelle und der Bürowände sind aus funktionalem Carbonbeton, der unter anderem heizen kann, an anderen Stellen aber auch an die Wand aufgelegte Hände als Befehl „spürt“, das Licht einzuschalten. Konkret handelt es sich dabei laut dem zuständigen Ingenieur Stefan Große von der „Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig“ um Carbonfaser-Mäander, die als kapazitive Sensoren fungieren und elektrische Felder auswerten. Für den Nutzer mag dies vorerst eher eine nette Spielerei sein. Für den Bauherrn könnte diese „Carbocapsense“ genannte Methode aber durchaus Vorteile bergen: „Die Technologie ist berührungslos, verschleißfrei, vandalismus-sicher, smart-home-fähig und im vollautomatisierten Herstellungsprozess kostengünstiger als sein Pendant“, schätzt Entwickler Große ein.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: TUD, Oiger-Archiv, Vor-Ort-Führung
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