Innovationen in der Betontechnologie

Bereits heute sind innovative Zemente mit alternativen Zumahlstoffen auf dem Schweizer Markt, die helfen, den Baustoffkreislauf zu schliessen und die CO₂-Emissionen im Vergleich zu CO₂-optimierten Massenzementen nochmals deutlich zu senken. Dabei handelt es sich um zertifizierte Zemente nach SIA Norm 215/1 sowie EN 197, die zu einem hohen Anteil aus Sekundärrohstoffen beispielsweise aufbereitetem Mischgranulat oder kalziniertem Ton bestehen. Beim Mischgranulat handelt es sich um die feine Fraktion, die bei der industriellen Aufbereitung von regionalem Mischabbruch anfällt und bis anhin oftmals deponiert oder in einfachen Betonanwendungen eingesetzt wurde. Seine Verwendung als Bestandteil des Zements schont Deponieräume und verbessert die CO₂-Bilanz der neuen Zemente. Der zugehörige Beton enthält diese ressourcenschonenden Zemente und leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft, weist aber Frisch- und Festbetoneigenschaften auf, die vergleichbar sind mit jenen von Betonsorten, die klassische Zemente enthalten.

Zemente mit ecobau Label «Priorität 1»: Wer nachhaltige Projekte plant, findet unter ecoProdukte eine klare Orientierung: Dort listet ecobau Zemente auf, die für Minergie-ECO besonders gut geeignet sind und die Einstufung «1. Priorität ecoBKP/ecoDevis» erfüllen. Diese Auswahl unterstützt Planerinnen und Planer dabei, ökologische, gesunde und verantwortungsvoll geplante Gebäude zu realisieren – einfach, nachvollziehbar und direkt einsetzbar im Alltag. Ecobau Produkte Übersicht (Geben Sie in der Suchmaske beim Begriff Stichwort folgende Aussage ein: Zemente für Beton)

Eine konsequente Weiterentwicklung des Recyclingbetons wird durch eine neuartige CO₂-Speichertechnologie erreicht, die eine vielversprechende Möglichkeit darstellt, umweltgerechter zu bauen. Diverse innovative Unternehmen haben in letzter Zeit auf sich und ihre Ideen aufmerksam gemacht. So haben sie eine Technologie entwickelt, die rezyklierte Gesteinskörnung - Betongranulat - mit Kohlendioxid CO₂ behandelt. Dabei wird einerseits CO₂ gebunden (10 kg CO₂ pro Kubikmeter Beton) und andererseits werden die Eigenschaften des Granulats verbessert. Dies erhöht die Nachhaltigkeit dieses Betons abermals.

Ungeachtet dieser signifikanten Ressourceneinsparungen handelt es sich bei diesen Betonen um zertifizierte Betone nach SN EN 206 und Merkblatt SIA 2030, die in jeder Hinsicht gleichwertige statische Eigenschaften aufweisen wie ein Beton aus Sand und Kies. Die Gleichwertigkeit erstreckt sich auch auf die Verarbeitbarkeit, sodass sich der innovative Beton in den üblichen Druckfestigkeitsklassen bis und mit C30/37 für sämtliche Bauteile einsetzen lässt.

Im Beispiel des SQUARE, dem öffentlichen Wirkungsraum der Universität St.Gallen (HSG), kam Recyclingbeton zum Einsatz. 

Mit der Einführung des Performance-bezogenen Entwurfsverfahrens kann Beton erstmals anhand definierter Leistungsanforderungen geplant werden. Das eröffnet Spielraum für ressourcenschonende Rezepturen, den Einsatz von Recyclingmaterialien und CO₂-optimierten Ausgangsstoffen, ohne Kompromisse bei Qualität und Sicherheit.

Aus einer alten Mühle in Grüsch entstand ein zukunftsweisendes Wohnbauprojekt. Es verbindet ökologische Verantwortung, technische Präzision und gelebte Zusammenarbeit – und ist das erste DGNB-zertifizierte Rückbauprojekt der Schweiz. 52 Mietwohnungen, optimierte Materialkreisläufe und ein urbaner Loftcharakter zeigen, wie nachhaltiges Bauen heute funktioniert.

Konstruktionssysteme wie Rippen- oder Gewölbedecken zeigen, dass sich Materialverbrauch und CO₂-Fussabdruck deutlich reduzieren lassen, wenn Form und Struktur gezielt optimiert werden. Digitale Entwurfswerkzeuge, 3D-gedruckte Schalungen und vorgefertigte Elemente ermöglichen leichte, tragfähige und multifunktionale Bauteile mit integriertem Schall- oder Klimaschutz.

Gewölbeelemente (HiLo)

Die Block Research Group an der ETH Zürich sucht nach neuen Tragstrukturen, die sowohl einen effizienten Materialeinsatz als auch eine ästhetisch ansprechende Formsprache ermöglichen. Aus der Kombination von historischen Bauprinzipien und digitalen Technologien entstand in mehrjähriger Forschungsarbeit das Konzept für eine wiederverwendbare Schalung für doppelt gekrümmte Strukturen, die aus einem Kabelnetz und einer darüber gespannten Membran besteht.

Ein weiteres Element stellen Gewölbe-Bodenelemente dar. Dank einer gewölbten Rippenstruktur spart die Leichtbaukonstruktion im Vergleich zu herkömmlichen Betonböden mehr als 70 Prozent Material ein. Die Bodenelemente lassen sich modular vorfertigen und einfach vor Ort installieren. Hohlräume ermöglichen die effiziente Integration von Lüftung, Kühlung und Niedertemperaturheizung.

Vorfabrikation und Building Information Modeling

Die Vorfabrikation weist einige Vorteile auf. Das Erstellen von Elementen unter kontrollierten Bedingungen erlaubt schlankere Abmessungen und erleichtert eine materialgerechte Ausgestaltung. So erzielen in Rippen aufgelöste Elemente mit weit geringerem Materialeinsatz und entsprechend tieferem Gewicht vergleichbare Tragwiderstände wie ein Vollprofil. Das industrielle Bauen wird in Zukunft eindeutig an Bedeutung zunehmen, mit Stärken wie einer millimetergenauen Vorfertigung in der Fabrik und einer raschen Montage auf der Baustelle.

Die schnellere Ausführung der Bauten vor Ort ist zentral, lassen sich damit doch Bauzeit, Kosten und Lärmemissionen reduzieren. Mit der neuartigen Arbeitsmethode der Bauwerksdatenmodellierung respektive des Building Information Modeling (BIM) wird die Vorfertigung an Bedeutung gewinnen, da die Rahmenbedingungen in der digitalen Planung viel früher geklärt und entsprechende Lösungen umgesetzt werden können.

Pflanzenkohle entsteht durch Pyrolyse von Biomasse, welche ansonsten nur noch thermisch verwertet werden kann. Durch die Pyrolyse wird Kohlenstoff aus der Atmosphäre langfristig gebunden. Wird veredelte Pflanzenkohle dem Beton beigemischt, können pro Kubikmeter mehrere hundert Kilogramm CO₂ gespeichert werden – über Jahrhunderte hinweg. 

Beton mit Pflanzenkohle erreicht bei richtiger Dosierung eine Festigkeit und Dauerhaftigkeit, die der von konventionellem Beton entspricht. Die Verarbeitbarkeit bleibt unverändert, da sich Pflanzenkohle ohne Anpassung der üblichen Bauprozesse integrieren lässt. Zudem ist dieser Beton vollständig rückbaubar und lässt sich problemlos in den bestehenden Baustoffkreislauf zurückführen.

Erste Projekte zeigen, dass Pflanzenkohle-Beton in vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden kann – von Bodenplatten über Sichtbeton bis hin zu anspruchsvollen Konstruktionen. Die Integration erfolgt ohne Einschränkungen bei Qualität und Sicherheit. Mehr zu Anwendungen mit Planzenkohle finden Sie auf der Website.

Mining the Athmosphäre

Das Forschungsprojekt Mining the Atmosphere der Empa entwickelt Technologien, um überschüssiges CO₂ aktiv aus der Atmosphäre zu entfernen und als Rohstoff zu nutzen. Ziel ist es, CO₂ in wertvolle Materialien zu verwandeln, die herkömmliche Baustoffe und Petrochemikalien ersetzen können. Der entstehende Kohlenstoff soll im Baustoff Beton gespeichert werden. Damit wird nicht nur ein Beitrag zur Erreichung der Klimaziele geleistet, sondern auch ein zirkuläres, klimapositives Industrieparadigma etabliert.

Der Ansatz geht über die blosse Speicherung von CO₂ hinaus: Er soll ein neues globales Wirtschaftssystem ermöglichen, das CO₂ als Ressource für die Bauindustrie und weitere Massenprodukte nutzbar macht – technisch umsetzbar, wirtschaftlich tragfähig und ökologisch notwendig. Mehr zum Projekt finden Sie auf der Website der EMPA.

Carbon- oder glasfaserverstärkte Bewehrungen ermöglichen schlanke, korrosionsfreie Bauteile. Dadurch sinkt der Materialbedarf, das Gewicht und der Energieaufwand beim Transport. Gleichzeitig verlängert sich die Lebensdauer der Konstruktionen und leistet damit einen zentralen Beitrag zur Ressourceneffizienz.

Gegenüber dem heutigen Betonbau können bis zu 75% an Ressourcen eingespart werden. Nach dem Lebensende des Bauwerkes können die Bauteile wieder in neuen Bauten eingesetzt werden. Betrachtet man den gesamten Kreislauf, kann auch der CO₂-Fussabdruck gegenüber heutigen Bauweisen um bis zu 75% verkleinert werden. 

Im Innovationslabor Grüze in Winterthur kommen erstmals wiederverwendbare Betonelemente mit Carbonbewehrung im Hochbau zum Einsatz. Mehr zum Projekt.

Die Kombination aus Robotik und digitaler Planung verändert die Betonherstellung grundlegend. Verfahren wie der 3D-Betondruck oder robotergestützte Bewehrungssysteme erlauben komplexe Formen mit minimalem Materialeinsatz. Sie erhöhen die Präzision, reduzieren Abfall und eröffnen neue architektonische Möglichkeiten.

Der Weisse Turm von Mulegns verbindet Kultur und Bauinnovation: 30 Meter hoch, vollständig aus 3D-gedrucktem Beton und modular gebaut. Ein Meisterstück digitaler Fertigung – und ein Signal für nachhaltiges Bauen. 

Beton, ein alltägliches Baumaterial, entpuppt sich als effizienter Energiespeicher. Seine Fähigkeit, Wärme zu speichern und sanft an Räume abzugeben, wird in der thermischen Bauteilaktivierung genutzt. Dabei dienen Wasserrohrleitungen in Betonbauteilen dazu, Wärme oder Kälte gleichmässig und langfristig im Raum zu verteilen. Diese innovative Methode eröffnet eine neue Dimension der Energieeffizienz, indem sie herkömmliche Bauteile wie Wände und Decken zu regelrechten Energiereserven macht. Die Bauteile können dabei bevorzugt zu Zeitpunkten beladen werden, in denen erneuerbare Energie (z.B. über eine Solaranlage oder über Erdkollektoren) vorhanden ist. So wird mehr erneuerbarer Strom eingesetzt und die Stromnetze können entlastet werden. 

Der FHNW-Campus in Muttenz zeigt, wie Beton mehr kann als nur tragen: Dank thermoaktiver Bauteile wird das Gebäude selbst zum Energiespeicher. So entsteht ein nachhaltiges Raumklima mit minimalem Energieeinsatz. 

Betonbauteile sind schwer und führen oft zu hohen Bauwerkslasten sowie zu einem massigen Fundament. Bei der Hybridbauweise ersetzt man dafür infrage kommende Tragwerksbereiche durch leichtere Elemente – beispielsweise kann das oberste Geschoss in Holzbauweise ausgeführt werden. Das Gesamtgewicht des Tragwerks sinkt, lastabtragende Betonbauteile und die Fundation können optimiert werden. Konsequent umgesetzt, wählt man bei der Hybridbauweise für jede Funktion den dafür am besten geeigneten Baustoff. Beton als multifunktionaler und flexibel einsetzbarer Baustoff übernimmt dabei wichtige Aufgaben.

Der Tilia Tower in Lausanne kombiniert Beton und Holz für effiziente Tragstrukturen und niedrigen CO₂-Fussabdruck. Thermisch aktivierte Bauteile, vorgefertigte Elemente und CO₂-reduzierter Zement optimieren Energie und Materialeinsatz.

Smart Crushing ermöglicht eine deutlich feinere Trennung der Bestandteile von Abbruchbeton. Ein speziell entwickelter Brecher löst den ausgehärteten Zement gezielt aus dem Materialverbund. Da ausgehärteter Zement wesentlich weniger Druck benötigt als Sand, Kies oder noch nicht ausgehärteter Zement, wird er zu feinem Pulver zermahlen, während die Gesteinskörnungen weitgehend erhalten bleiben. Durch diese präzise Druckregulierung entsteht eine saubere Trennung aller Komponenten. Der zurückgewonnene Zement kann im Werk reaktiviert und erneut als Bindemittel eingesetzt werden. Sand und Kies stehen ebenfalls wieder für die Herstellung von neuem Beton zur Verfügung. Smart Crushing trägt damit dazu bei, stoffliche Kreisläufe im Betonbau zu schliessen und Ressourcen effizienter zu nutzen.

Die europäische Wirtschaft soll bis 2050 klimaneutral sein. Bei ihrer Transformation spielt die Zementindustrie eine entscheidende Rolle. In den letzten Jahrzehnten hat die europäische Zementindustrie ihre CO₂-Emissionen pro Tonne Zement von etwa 800 auf rund 650 kg CO₂ reduziert. In der Schweiz wurde bereits eine Reduktion auf knapp über 560 kg CO₂ pro Tonne Zement erzielt. Eine weitere umfassende Reduktion der CO₂-Emissionen bis auf null bedingt neue innovative und bahnbrechende Massnahmen.

Ein Ansatz besteht darin, direkt an der Quelle anzusetzen und neue technische Anlagen an den Standorten der Zementwerke zu bauen. Diese würden die CO₂-Emissionen direkt am Entstehungsort abscheiden und sie entweder dauerhaft in unterirdischen Lagerstätten speichern (Carbon Capture and Storage, CCS) oder sie zur Herstellung von synthetischen Treibstoffen nutzen (Carbon Capture and Utilisation, CCU). 

Reallabor Westküste 100

Das Projekt «Westküste 100» in Norddeutschland ist ein Projekt unter vielen und zielt darauf ab, eine innovative Lösung für das Problem der CO₂-Emissionen aus der Zementproduktion zu finden, indem das anfallende Kohlendioxid aus regionalen Quellen (wie der Zementherstellung) aufgefangen und für die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen (E-Fuels) genutzt wird, um einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Industrie und zum Klimaschutz zu leisten.