Abfälle aus unseren Toiletten könnten zur Herstellung eines widerstandsfähigeren Betons dienen und dabei einen Teil des Zements ersetzen.
Die Forscher verwendeten Schlamm aus einer Kläranlage in Indien. Er wurde getrocknet und anschließend bei 350 bis 450 °C mit sehr wenig Sauerstoff erhitzt. Dieses Verfahren erzeugt ein kohlenstoffreiches Pulver namens Biokohle.
Zylindrische, kubische und prismatische Betonprobekörper mit Biokohle, vorbereitet für mechanische Prüfungen. Quelle: Autoren der Studie, Scientific Reports, CC BY 4.0.
Dieses Pulver ersetzte anschließend in mehreren Mischungen einen Teil des Zements. Die Forscher testeten Anteile von 5, 10 und 15 %. Sie maßen deren Festigkeit, Wasseraufnahme, Porosität und Schwinden während der Trocknung. Ein herkömmlicher Beton diente als Referenz.
Die Ergebnisse werden nach 91 Tagen der Aushärtung besonders interessant. Wenn 10 % des Zements ersetzt werden, steigt die Druckfestigkeit im Vergleich zum Referenzbeton um 21 %. Die Biegefestigkeit nimmt um 42 % zu. Auch die Mischung mit 5 % Biokohle erzielt gute Ergebnisse, mit entsprechenden Steigerungen von 20 und 36 %.
Um diesen Zuwachs zu verstehen, muss man das Pulver genauer betrachten. Biokohle enthält zahlreiche winzige Poren, die Wasser zurückhalten können. Dieses bleibt dadurch während der Aushärtung des Zements verfügbar. Ihre sehr feinen Partikel können außerdem kleine Zwischenräume zwischen den anderen Bestandteilen ausfüllen, wodurch das Material dichter wird.
Biokohle enthält auch Siliziumdioxid. Dieses beteiligt sich an chemischen Reaktionen, die weitere Verbindungen hervorbringen, die zur Festigkeit des Betons beitragen. Unter dem Mikroskop weist die Mischung mit 5 % daher ein dichteres und besser verbundenes Gefüge auf als der herkömmliche Beton.
Mehr Biokohle zuzugeben, verbessert das Material jedoch nicht unbegrenzt. Bei einem Ersatzanteil von 15 % beobachten die Forscher mehr Poren und schlechter verbundene Bereiche. Die Eigenschaften hängen daher stark von der Dosierung ab. Die Prüfungen zeigen außerdem, dass die Mischungen mit 5 und 10 % hinsichtlich Wasseraufnahme und Schwinden interessante Eigenschaften behalten.
Bevor Gebäude aus diesem Material in Betracht gezogen werden können, sind weitere Prüfungen nötig. Die Studie hat insbesondere sein Verhalten bei Frost-Tau-Wechseln, gegenüber Salz oder bei extremen Temperaturen nicht untersucht. Außerdem wurde die Kohlenstoffbilanz, die sich durch den Ersatz eines Teils des Zements ergibt, nicht direkt gemessen.