Anwendung von Biozementierung im Bauwesen

In Anbetracht des immensen Investitionsvolumens der Bundesregierung im Bereich der Instandsetzung von Betonbauten und der damit einhergehenden Mengen an Bauabfall werden Innovationen zur Erhaltung und Sanierung von Betonstrukturen im besonderen Kontext der Nachhaltigkeit und der Ressourcenschonung im Bauwesen dringend benötigt. Bisher werden im Baubereich überwiegend kunststoffmodifizierte Instandsetzungsmaterialien verwendet.

Spezielle Mikroorganismen bieten die Möglichkeit diese zu ersetzen, da sie unter bestimmten Bedingungen Calciumcarbonat-Ausfällungen erzeugen können. Das Phänomen wird als mikrobiell induzierte Calcit-Präzipitation (MICP) oder auch Biozementierung bezeichnet. Das ausgefällte Calciumcarbonat, besser bekannt als Kalk, dient zum Verschluss von (Mikro-)Rissen und Poren, und schützt so vor weiteren Schäden. Gegenüber klassischen Verfahren hat diese Methode den Vorteil, durch die mineralische Ausscheidung der Bakterien umweltfreundlich zu sein und auf überwiegend nachhaltigen Rohstoffen zu basieren.

Ein großes Problem der MICP-Anwendung stellt nach wie vor das mangelnde Verständnis der Zementierung selbst und der Kultivierung der eingesetzten Mikroorganismen dar. Für die Kultivierung müssen geeignete Bakterien entsprechend den Anforderungen der verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel Stabilität bei hohen pH-Werten oder Chloridkonzentrationen in Beton, ausgewählt und untersucht werden. Zudem müssen die Bakterien in großer Menge hergestellt werden. Allerdings sind die Kosten dafür aufgrund teurer Nährmedienbestandteile und zu geringen Biomasse-Ausbeuten oft noch zu hoch. Deshalb ist ein wesentliches Ziel des Vorhabens, durch Hochdurchsatz-Technologien, wie automatisierten Mikrobioreaktoren, schneller geeignete biozementierende Mikroorganismen auszuwählen und Bioprozesse effizienter und kostengünstiger entwickeln zu können.

Ausgewählte Bakterien werden im Vorhaben zur Bauwerksinstandsetzung in Beton und auch an Mauerwerksbauten erprobt. Dies erfordert Untersuchungen zur Auswirkung der Biozementierung auf Risse und Mikrorisse in Betonstrukturen, um daraus abgeleitet verbesserte Dauerhaftigkeitseigenschaften der Baustoffe, insbesondere Stahlbeton, zu ermöglichen. Weiterhin wird im Projekt das Phänomen der MICP zur Bodenverfestigung, Immobilisierung von Schadstoffen und zur Staubkontrolle im Tagebau erforscht und mit den Anwendungspartnern optimiert.

• MICP