Biogenic Ashes Offer a Low-Carbon Future for Concrete
ETH Zurich researchers are developing cement substitutes from biogenic waste, such as crop residues and other organic by-products, by converting them into reactive ashes or biochar. These materials can partially replace Portland cement in concrete, significantly reducing CO₂ emissions associated with clinker production while potentially improving long-term carbon sequestration within the matrix. The team is investigating the chemical and microstructural mechanisms governing pozzolanic reactivity and durability, aiming to optimize formulations for scalable, low-carbon concrete. The research also highlights the need to integrate material performance with sustainable sourcing and circular-economy considerations to ensure real-world viability.
Transcript
00:00:00 Ich wollte eigentlich immer mit Lehm und mit Ton arbeiten. Schließlich habe ich festgestellt, Beton ist der meist genutzte Baustoff der Welt. Also hey, könnte ich doch einfach versuchen, den besser zu machen. Als Forscherin habe ich mich im letzten Jahr vor allem mit der Nutzbar Machung von Pflanzenkohlen in Beton beschäftigt. Ich untersuche
00:00:22 Pflanzenkohlebeton im Kontext mit 3D gedruckten Bauteilen, da es für uns sehr spannend ist zu analysieren, wie wir Pflanzenkohle zur Carbonsequestrierung und zur Verringerung des CO2 Fußabdruckes von Beton nutzen können. Binden wir diesen Kohlenstoff oder diese Pflanzenkohle in der Betonmatrix ein, dann wird der Kohlenstoff dort langfristig gebunden. Dadurch wird
00:00:47 verhindert, dass der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft CO2 bildet und so in die Atmosphäre emitiert wird. Das wird Carbonsequestrierung genannt, wenn wir das in den Beton einbinden. Pflanzenkohle verändert den Beton, da sie die Verarbeitungkeit des Betons beeinflusst. Die Pflanzenkohle, mit der ich arbeite, ist sehr fein und sehr purös und verhält sich im Grunde
00:01:09 genommen wie ein Schwamm. Sie saugt sehr schnell sehr viel Wasser auf, dass dann nicht mehr zur Verflüssigung des Betons zur Verfügung steht. Da ich mit hohen Gehalten an Pflanzenkohle in unseren Betonmischungen arbeite, brauche ich auch relativ hohe Gehalte, also statt 1% z.B. 2% des Zementgehaltes an Fließmittel. Dadurch verändert sich die Viskosität des Betons. Man muss sich das
00:01:34 so vorstellen, dass der Beton dann nicht mehr fließt wie z.B. Wasser, sondern eher wie sehr cflüssiger Honig oder Lava. Ich arbeite daran, diese Viskosität zu verringern, also eine bessere Verarbeitung zu garantieren. Dies teste ich, indem ich z.B. Pflanzenkohle vorsättige, Wassergehalte und Fließmittel unterschiedlich dosiere oder
00:01:58 insgesamt die Korngrößenverteilungen, also die Verhältnisse zwischen Pflanzenkohle, Zement, Sanden und Kiesen verändere. Herausforderungen mit dem Pflanzenkohlebeton bestehen vor allem in der Skalierbarkeit. Hier in den Laboren an der ETH kann ich meine Mischungen testen und optimieren. Ich weiß, wie die Mischenergie meines Mischers Einfluss auf die Verarbeitungkeit des
00:02:21 Pflanzenkohlebetons hat. Und ich weiß auch, wie ich Fließmittel dosieren muss und Korngrößenverteilungen optimieren kann. Im Realversuch sehen wir direkt in Situ, wie der Pflanzenkohlebeton in der großen Skala reagiert. Das war auch insbesondere interessant zu sehen, als wir die 3D gedruckte Säule mit dem Pflanzenkohlebeton gefüllt haben. Wir haben festgestellt, wie die große
00:02:47 Mischanlage mit 250 lor optimierte Betonmischung verändert hat. Dementsprechend mussten wir dann in Situ unsere Betonmischung optimieren und eine leicht adaptierte Betonmischung für den nächsten Versuch herstellen. Der Toralva zeigt, was 3D Druck möglich macht. Nun ist allerdings die Frage, wie können wir diese 3D gedruckten Bauteile auch klimafreundlicher gestalten? Das
00:03:16 Füllen dieser filigranen Säulen mit Pflanzenkohlebeton ist eine Lösung. Eine andere Lösung wäre z.B. langfristig mit Pflanzenkohlebeton auch 3D drucken zu können. Nachhaltiges Bauen bedeutet für mich einen ganzheitlichen und interdisziplinären Ansatz. Nachhaltiges Bauen schließt dann auch Stadtplanerinnen, Bauphysiker, aber z.B. auch Ökonomen und
00:03:40 Sozialwissenschaftlerin mit ein, denn unsere nachhaltigen Lösungen müssen ja auch von der Bevölkerung angenommen werden, um insgesamt Ressourcen schoner und klimafreundlicher bauen zu können. Ja.