Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blitz, schlag‘ ein!

01.10.2012
Jedes Jahr fallen mehrere Millionen Tonnen Bauschutt an. Ein effizientes Recycling von Beton – dem Baustoff des 20. und 21. Jahrhunderts – existiert noch nicht. Forscher arbeiten an neuen Recyclingverfahren: Mithilfe von Blitzen zerlegen sie das Gemisch aus Zementstein und Gesteinskörnung in seine Einzelbestandteile.

Ob das Pantheon in Rom oder die deutsche Betonkanu-Regatta, ob Ultraleichtbeton oder Sichtbeton: Beton ist unglaublich vielseitig und der meistverwendete Baustoff der Welt. Er wird aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung, einer Mischung aus Gesteinskörnern wie Kies oder Kalksplitt in unterschiedlichen Größen, hergestellt.


Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das Beton in seine Bestandteile zerlegt.
© Fraunhofer IBP

Allerdings sind die CO2-Emissionen nicht unproblematisch, die vor allem bei der Zementherstellung entstehen: Die Produktion von einer Tonne gebranntem Zementklinker aus Kalk und Ton setzt 650 bis 700 Kilogramm Kohlendioxid frei. So gehen jährlich acht bis 15 Prozent der weltweiten CO2-Produktion auf das Konto der Zementherstellung. Auch beim Recycling von Altbeton gibt es noch keinen Königsweg, um den Stoffkreislauf zu schließen. Allein in Deutschland betrug die Abfallmenge 2010 fast 130 Millionen Tonnen.

»Das ist ein riesiger Materialfluss, aber es gibt momentan kein effektives Recycling-Verfahren für Betonabbruch«, erklärt Volker Thome vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP aus der Gruppe der Betontechnologie in Holzkirchen. Zurzeit wird Altbeton unter enormer Staubentwicklung zerschreddert. Die Gesteinsbrocken landen bestenfalls als Belag unter der Straße. »Das ist Downcycling«, erklärt Thome, also lediglich die Wiederverwertung von Rohstoffen, deren Qualität sich von Vorgang zu Vorgang verschlechtert.

Gelänge es hingegen, die Gesteinskörnung von der Zementsteinmasse zu trennen, könnte der Kies als Zusatz (im Fachjargon auch Zuschlag genannt) wieder problemlos in den Frischbeton eingesetzt werden – ein erster entscheidender Schritt in Richtung Recycling von Altbeton. »Die Rückgewinnung von hochwertigen Zuschlägen aus Altbeton würde die Recyclingquote etwa verzehnfachen und damit auf bis zu 80 Prozent steigern«, erklärt Thome. Gelänge es, auch einen Zementersatzstoff aus Altbeton zu gewinnen, ließen sich die die CO2-Emissionen der Zementindustrie deutlich senken. Um diese Ziele zu erreichen, hat Thome ein Verfahren aus dem Dornröschenschlaf geweckt, das russische Wissenschaftler bereits in den 1940er Jahren entwickelten: die elektrodynamische Fragmentierung. Mit ihr gelingt es, den Beton in seine Einzelbestandteile – Zuschläge und Zementstein – zu zerlegen.

Hochwertige Bestandteile recyceln

Bei dieser Vorgehensweise lassen es die Forscher in Holzkirchen ordentlich blitzen. »Normalerweise bevorzugen Blitze es, durch Luft oder Wasser zu verlaufen und nicht durch einen Festkörper«, sagt Thome. Damit der Blitz in den Beton einschlägt und einen Durchschlag erzeugt, nutzt der Experte die Erkenntnisse der russischen Wissenschaftler: Die fanden vor mehr als 70 Jahren heraus, dass die elektrische Durchschlagsfestigkeit – also der Widerstand, den jede Flüssigkeit und jeder Feststoff einem elektrischen Impuls entgegensetzt – keine physikalische Konstante ist: Sie ändert sich mit der Dauer des Blitzes. »Bei einem äußerst kurzen Blitz unterhalb von 500 Nanosekunden besitzt Wasser plötzlich eine höhere Durchschlagsfestigkeit als die meisten Festkörper«, erklärt Thome. Einfach ausgedrückt: Liegt der Beton unter Wasser und die Forscher generieren einen 150 Nanosekunden-Blitz, schlägt er bevorzugt nicht mehr ins Wasser ein, sondern in den Festkörper.

»Das ist der Clou bei dem Verfahren«, erklärt Thome. Im Beton sucht sich der Blitz dann den Weg des geringsten Widerstands, das sind die Grenzen zwischen den Bestandteilen, also zwischen Kies und der Zementsteinmasse. Die ersten generierten Impulse, die Vorentladungen, schwächen das Material mechanisch vor. »Die Vorentladung, die in unserer Fragmentierungsanlage die Gegenelektrode zuerst erreicht, führt dann zum elektrischen Durchschlag«, erläutert Thome. In diesem Moment bildet sich in dem Beton ein Plasmakanal aus, der binnen einer Tausendstel Sekunde wie eine Druckwelle von innen nach außen wächst.

»Die Kraft dieser Druckwelle ist vergleichbar mit der einer kleinen Sprengstoffexplosion«, sagt Thome. Der Beton werde auseinandergezogen und in seine Bestandteile zerlegt. Mit der Labor-Fragmentierungsanlage gelingt es den Forschern zurzeit, pro Stunde eine Tonne Altbeton aufzubereiten. »Damit man wirtschaftlich arbeiten kann, ist eine Durchsatzrate von mindestens 20 Tonnen in der Stunde unser Ziel«, erklärt Thome. Bereits in zwei Jahren könnte eine entsprechende Anlage marktreif sein.

Dr. rer. nat. Volker Thome | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/oktober/blitz-schlag-ein.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Fehlerzustände frühzeitig erkennen dank innovativer akustischer Verfahren zur Qualitätsprüfung
18.10.2018 | Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT

nachricht Härtere Werkzeuge aus dem 3D-Drucker – Dresdner stellen neues Verfahren für Hartmetallindustrie vor
11.10.2018 | Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

19.10.2018 | Materialwissenschaften

IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel

19.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Raum für Bildung: Physik völlig schwerelos

19.10.2018 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics