Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-Entwicklung von lebenden Baumaterialien der Zukunft über Kohlendioxidaufnahme und Carbonatmineralisierung mittels phototropher Mikroorganismen
Im SME-Projekt BioCarboBeton wurde mittels phototropher Mikroorganismen ein Verfahren zur biogenen Materialerzeugung durch Carbonatmineralisierung entwickelt, um ein neuartiges klimaneutrales Bau- und Konstruktionsmaterial herzustellen.
Beton ist aufgrund seiner vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten der wohl meistgenutzte Baustoff unserer Zeit. Mit der globalen Bevölkerungsentwicklung, der Urbanisierung und des zunehmenden Infrastrukturaufbaus wird auch die globale Nachfrage nach der Hauptkomponente von Beton, dem Zement, bis 2050 um schätzungsweise 12 – 23 % steigen. Die Zementherstellung trägt dabei allein in Deutschland zu einer jährlichen Kohlenstoffdioxidemission von mehr als 20 Millionen Tonnen bei. Mit den Bestrebungen der Bundesregierung bis 2045 eine vollständige Klimaneutralität zu erreichen, steht die Zementindustrie damit vor einer enormen Herausforderung. Klimaneutralität in diesem Bereich kann nur durch alternative Herangehensweisen wie beispielsweise der Einsatz nachwachsender Rohstoffe oder das Recycling von Zement erreicht werden.
Einen weiteren Lösungsansatz strebt das Fraunhofer-interne SME-Projekt BioCarboBeton durch die Entwicklung und spezifische Formgebung von Living Building Materials – „Lebende Baumaterialien“ (LBM) gemeinsam mit dem Fraunhofer IKTS an. Im Fokus der Projektarbeit im Bereich Medizinische und Biotechnologische Applikationen des Fraunhofer FEP steht die biogene Materialentwicklung von sekundärem Kalk (Biomineralisierung) einschließlich komplementärer analytischer Prozessüberwachung und mikrobiologischer Bewertung sowie die Optimierung und Skalierbarkeit des Biomineralisierungsprozesses, um großtechnische Einsatzmöglichkeiten adressieren zu können.
Mit der Herstellung eines lebenden Baumaterials soll eine gezielte Aufnahme von atmosphärischem, oder aber auch industriellem Kohlestoffdioxid mit anschließender Umwandlung in Calciumcarbonat als sekundärer Kalk erreicht werden. Dieser Vorgang der Carbonatmineralisierung wird dabei durch phototrophe Mikroorganismen (Cyanobakterien) induziert, die eingebettet in einer speziellen (Bio)Polymer-Kompositmatrix mit mineralischen Zuschlagstoffen zu der Entstehung eines mechanisch stabilen und zukunftsweisenden Baumaterials beitragen. Es basiert im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien auf einem klimaneutralen Herstellungsprozess, ist recycelbar und kann unter Verwendung von Abfallstoffen aus anderen Industriebereichen die Umweltbelastung zusätzlich reduzieren. Über die Etablierung eines neuen Kultivierungssystems und spezifische Regulierung einzelner mikrobieller Wachstumsparameter konnte bereits eine Steigerung der Biomasseproduktivität und der Fähigkeit zu Biomineralisierung erreicht werden.
