Weltweit entstehen pro Sekunde 952 Tonnen Beton. Australier könnten nun eine Lösung gefunden haben, um Beton umweltfreundlich zu recyceln.

Skyscraper, Autobahnen, Stadien: Unsere Zivilisation steht auf einem Material, das jede Sekunde still und leise die Zukunft des Planeten formt.

Von den Fundamenten neuer Vorstädte bis zu den Wänden von Rechenzentren steht Beton im Zentrum des modernen Wachstums – und seiner Emissionsrechnung.

Die versteckten Klimakosten von Beton

Die Menschheit produziert heute rund 30 Milliarden Tonnen Beton pro Jahr, etwa 952 Tonnen pro Sekunde. Das Material ist zum Synonym für Fortschritt geworden – gegossen in Wohnhochhäuser, Bahntrassen, Staudämme und Häfen. Doch seine Klimarechnung steigt weiter.

Traditioneller Beton basiert auf Portlandzement, der entsteht, indem Kalkstein und Ton in riesigen Drehrohröfen auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden. Dieser Prozess verbrennt große Mengen fossiler Brennstoffe und setzt zugleich den Kohlenstoff frei, der im Gestein selbst gebunden ist. Forschende schätzen, dass allein Zement etwa 8 % der globalen CO₂-Emissionen verursacht.

Die Branche verschlingt außerdem Rohstoffe. Beton macht nahezu 30 % aller nicht erneuerbaren Ressourcen aus, die für das Bauen abgebaut werden – von Sand und Kies bis zu Kalkstein. Dieser Druck verändert Flussbetten, Küsten und Landschaften, oft weit entfernt von den Städten, die davon profitieren.

Beton trägt die moderne Welt – verhält sich aber, skaliert auf Milliarden Tonnen, wie ein riesiger, langsam brennender fossiler Brennstoff.

Diese Spannung hat Forschende, Start-ups und Baukonzerne in ein Rennen getrieben: Die Festigkeit und Vielseitigkeit von Beton erhalten und gleichzeitig seinen Fußabdruck drastisch senken. Einer der interessantesten Kandidaten kommt dabei aus einer Quelle, die kaum jemand erwartet hätte – aus Lithiumabfällen.

Von Batterieabfall zu Bausteinen

Mit der Verbreitung von Elektroautos und großen Batterien, die Stromnetze stabilisieren, steigt die weltweite Nachfrage nach Lithium weiter. Minen und Raffinerien wachsen von Südamerika bis Australien und zunehmend auch in Europa. Entlang dieser Wertschöpfungskette fallen riesige Mengen mineralischer Abfälle an.

Bei der Lithiumgewinnung aus bestimmten Erzen entsteht in Raffinerien ein Nebenprodukt namens delithiierter β‑Spodumen, oft abgekürzt zu DβS. Sobald das wertvolle Lithium entfernt ist, wirkt das Übrige wie eine Last: staubige Rückstände und zerkleinertes Gestein, das Betreiber meist in großen Abraumhalden oder Rückhaltebecken (Tailings) lagern.

Ein Team um Professor Aliakbar Gholampour an der Flinders University in Australien beschloss, diesen Rückstand nicht als Müll, sondern als Ressource zu behandeln. Ihre Idee: DβS in Geopolymerbeton einzubinden – eine zementfreie Bindemittelklasse, die bereits als sauberere Alternative zum klassischen Portland-Rezept gilt.

Geopolymere ersetzen Klinker (das energieintensive Herz des Portlandzements) durch aluminosilikatreiche Materialien wie Flugasche oder Hochofenschlacke. Mit alkalischen Aktivatoren gemischt, härten diese Materialien zu einem steinartigen Netzwerk aus – mit potenziell niedrigeren Emissionen und guter Dauerhaftigkeit.

In der australischen Arbeit kommt DβS als zentraler Bestandteil in die Mischung und übernimmt eine ähnliche Rolle wie Flugasche. Erste Labortests zeigen, dass der resultierende Beton nicht nur „funktioniert“: Er behauptet sich in Festigkeitsprüfungen und zeigt eine vielversprechende Widerstandsfähigkeit gegen Abbauprozesse.

Indem Lithiumraffinerie-Rückstände zu einem tragenden Bestandteil von Geopolymerbeton werden, könnte dasselbe Metall, das E‑Autos antreibt, helfen, die Fundamente zu reinigen, auf denen sie fahren.

Warum dieser Abfallstrom wichtig ist

Die Attraktivität von DβS-basiertem Beton geht über clevere Chemie hinaus. Er verbindet zwei Industriegeschichten zu einem Rückkopplungskreislauf.

• Die Lithiumraffination erzeugt große Massen mineralischer Abfälle, die langfristig gelagert und überwacht werden müssen.
• Das Bauwesen benötigt enorme Mengen an Zuschlagstoffen und Bindemitteln und steht unter wachsendem Druck, Emissionen zu senken.
• Geopolymere bieten einen Weg zu CO₂-ärmerem Beton, verlassen sich jedoch oft auf industrielle Nebenprodukte wie Flugasche, die mit dem Ausstieg aus Kohlekraft zurückgehen könnten.

DβS liegt genau im Schnittpunkt dieser Trends. Seine Nutzung im Beton könnte das Tailings-Volumen reduzieren, den Bedarf an Primärrohstoffen senken und dem Geopolymer-Sektor einen neuen, skalierbaren Rohstoff liefern, der zur Energiewende passt.

Im Inneren des neuen „grünen“ Betons

Wie sich das Material im Labor verhält

Das Team der Flinders University testete mehrere Rezepturen und variierte Menge und Zusammensetzung der alkalischen Aktivatoren, die die Geopolymerisation auslösen. Gemessen wurden Druckfestigkeit, Mikrostruktur sowie die Entwicklung des Materials während der Aushärtung bei Umgebungstemperatur.

Nach den veröffentlichten Daten erreichten die leistungsfähigsten Mischungen Festigkeiten, die mit Standard-Konstruktionsbeton konkurrieren und ihn teils übertreffen. Mikroskopische Analysen zeigten eine dichte innere Struktur, was häufig mit guter Dauerhaftigkeit und geringer Durchlässigkeit korreliert.

Die Forschenden verglichen DβS-basierte Geopolymere mit solchen aus Flugasche. Die Leistung lag in einem ähnlichen Bereich, ohne von kohlebasierten Reststoffen abhängig zu sein. Für Klimapolitik und Planung ist dieser Unterschied relevant: Ein dekarbonisierendes Stromsystem kann nicht der Hauptlieferant für ein angeblich grünes Baumaterial sein.

Parameter	Portlandzementbeton	DβS-Geopolymerbeton (Labordaten)
Hauptbindemittel	Klinker aus Kalkstein	DβS und andere Aluminosilikate
Typische Aushärtung	Umgebung, teils feucht	Geopolymer-Aushärtung bei Umgebung
CO₂-Profil	Hoch, durch Öfen und Rohstoffe	Potenziell niedriger, abhängig von Aktivatoren
Zentrales Rohstoffthema	Enormer Bedarf an Klinker und Kalkstein	Erfordert stabile DβS-Versorgung und sichere Handhabung

Langzeitverhalten unter Frost-Tau-Wechseln, chemischem Angriff und wiederholter Belastung muss jedoch noch geprüft werden. Brücken, Tunnel und Küstenbauwerke stellen deutlich härtere Bedingungen dar als ein kontrolliertes Labor. Trotzdem wecken die frühen Ergebnisse bereits Interesse bei Ingenieurinnen und Ingenieuren, die nach realistischen Dekarbonisierungspfaden suchen.

Von Pilotmischungen zu realen Gebäuden

Die Skalierung dieses Ansatzes bedeutet mehr, als ein paar Laborformen zu füllen. Betonstandards, Bauordnungen und Auftragnehmer sind konservativ – oft aus guten Gründen der Sicherheit und Haftung.

Für den Sprung von Experimenten in den Alltag brauchen DβS-basierte Geopolymere:

• Klare technische Normen zu Festigkeitsklassen, Schwinden und Dauerhaftigkeit.
• Daten aus Pilotprojekten, etwa für Fahrbahnen, Wege oder nicht-kritische Tragbauteile.
• Liefervereinbarungen zwischen Lithiumraffinerien und Betonherstellern zur Qualitätsstabilisierung.
• Eine Bewertung möglicher Verunreinigungen in DβS und ihres Verhaltens im ausgehärteten Beton.

Auch Politik könnte eine Rolle spielen. Öffentliche Ausschreibungen für CO₂-arme Infrastruktur setzen häufig Emissionsziele pro Kubikmeter Beton. Wenn DβS-Geopolymere eine glaubwürdige Reduktion nachweisen, könnten sie in staatlich finanzierten Projekten Fuß fassen – von klimafreundlichem sozialem Wohnungsbau bis zu Bahnausbauten.

Ein breiterer Vorstoß, Beton zu säubern

Andere Versuche, die Mischung zu „vergrünen“

Der australische Durchbruch steht nicht allein. Weltweit testen Labore und Start-ups verschiedene Wege, die Klimaschäden von Beton zu senken, ohne Leistung einzubüßen.

• Biobasierte Bindemittel: Einige Teams nutzen getrocknete Bakterien, die – reaktiviert mit Wasser, Harnstoff und Calcium – Calcit ausfällen und „Biokitt“ bilden. Das Material kann sich in Rissen selbst zusammensetzen und Wartung reduzieren.
• Selbstheilender Beton: Kapseln mit Heilmitteln oder Enzymen befinden sich in der Mischung. Wenn Risse entstehen, brechen die Kapseln und aktivieren eine Reparaturreaktion, die die Fuge abdichtet und die Lebensdauer verlängert.
• Pflanzen- und Holzreste: Projekte wie Rewofuel wollen Forst-Nebenprodukte in Komponenten umwandeln, die Klinker teilweise ersetzen und nachhaltige Forstwirtschaft mit der Dekarbonisierung von Zement verbinden.

Zusammengenommen deuten diese Ansätze darauf hin, dass die Zukunft von Beton eher einer Materialfamilie als einem einzigen Rezept gleicht. Einige werden die Emissionen in der Herstellung senken, andere auf Langlebigkeit oder Recycling am Lebensende zielen.

Das Rennen geht nicht nur darum, weniger Beton zu gießen, sondern jeden Kubikmeter mehr leisten zu lassen – und für die verursachten Emissionen länger zu halten.

Was das für Bergbau, Bauwirtschaft und Städte bedeuten könnte

Neue Verknüpfungen in der Kette der Energiewende

Wenn DβS-basierter Beton sich durchsetzt, werden Lithiumprojekte auf dem Papier anders aussehen. Abraumhalden werden zu Inputs statt zu Risiken. Minenpläne könnten Vorverarbeitungsanlagen vor Ort enthalten, um DβS für Baumärkte aufzubereiten. Investorinnen und Investoren könnten den Wert dieses sekundären Erlösstroms bei neuen Projekten berücksichtigen.

Für Bauunternehmen könnte der Zugang zu CO₂-ärmeren Bindemitteln helfen, strengere Vorschriften zu erfüllen. Viele Städte verlangen bereits Lebenszyklus-Kohlenstoffbewertungen für große Projekte. Geopolymer aus Abfallströmen in Fundamenten oder Bodenplatten könnte solche Bewertungen verbessern, ohne Bauweisen radikal zu verändern.

Die Klimarechnung bleibt komplex. Alkalische Aktivatoren für Geopolymere haben ebenfalls Emissionen, und Transportdistanzen zwischen Lithiumraffinerien und Betonwerken sind entscheidend. Dennoch verändert eine teilweise Abkehr vom Klinker hin zu industriellen Rückständen die Richtung.

Fragen, die noch Antworten brauchen

Mehrere offene Fragen werden die tatsächliche Wirkung dieser Technologie bestimmen:

• Gesundheit und Umwelt: Wie stabil sind mögliche Spurenelemente in DβS, sobald sie im ausgehärteten Beton gebunden sind – insbesondere wenn Bauwerke abgerissen und zerkleinert werden?
• Geografie: Lithiumraffination konzentriert sich in bestimmten Regionen. Bleibt DβS-Beton lokal, oder entsteht globaler Handel, der zusätzliche Schifffahrts-Emissionen verursacht?
• Menge: Selbst wenn jede Lithiumanlage DβS liefern würde – wie viel der weltweiten Betonnachfrage ließe sich realistisch damit abdecken?

Diese Punkte nehmen dem Ansatz nicht sein Potenzial, aber sie rahmen es ein. Beton wird von Baustellen nicht verschwinden – die Debatte verschiebt sich daher hin zu Risikomanagement und kluger Substitution. Lithiumabfälle in tragfähiges Material zu verwandeln, ist ein konkretes Beispiel für diesen Wandel.

Vorerst erhalten Ingenieurinnen, Architekten und Planer ein neues Werkzeug, um Städte der Zukunft zu modellieren: Quartiere, gebaut mit Bindemitteln, die saubere Energie, kritische Mineralien und CO₂-ärmere Gebäude miteinander verknüpfen. Wenn aus Feldversuchen mehr Daten vorliegen, können digitale Simulationen prüfen, wie solche Materialien Lebenszyklus-Emissionen, Wartungspläne und sogar Versicherungskosten für Infrastruktur beeinflussen.

Hinter jedem Kubikmeter dieses neuen Betons steckt eine andere Geschichte als die des traditionellen Zements – eine Geschichte, in der der Abfall von gestern hilft, den Verkehr von morgen zu tragen und die Häuser von morgen mit Energie zu versorgen.