Recycelte Mikrofasern Alte Corona-Masken sollen Beton verbessern

Mit recycelten Mikrofasern aus Corona-Masken wollen US-Forscher die Eigenschaften des Beton-Bindemittels Zement verbessern. So sollen Risse im Beton verhindert und eventuell sogar teures Zement eingespart werden. Zumindest letzteres sieht man an der TU Dresden skeptisch.

Corona-Maske auf Betonfläche
Corona-Maske auf Betonfläche: US-Forscher wollen mit den Mikrofasern der Masken Rissbildungen verhindern. Bildrechte: imago images/Westend61

Abermilliarden von Einwegmasken sind in der Corona-Pandemie weltweit in Umlauf gebracht worden. Um einen Eindruck von der Dimension zu erhalten: Allein im Januar 2021 importierte Deutschland 1,4 Milliarden solcher Gesichtsschutzmasken, die meisten davon aus China. Für die Umwelt sind diese Wegwerfprodukte ein enormes Problem, denn sie bestehen nicht aus Baumwolle oder anderen Naturfasern, sondern überwiegend aus Kunststoffen wie Polypropylen oder Polyester. Entsprechend aufwändig ist eine umweltgerechte Entsorgung.

Zementmischung mit Maskenmaterial

Auf der Suche nach einer sinnvollen Weiterverwendung alter Einwegmasken sind US-Forscher nun auf die Idee gekommen, altes Maskenmaterial in Zementmischungen zu verarbeiten. Das Team um den Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Washington State University (WSU), Xianming Shi, hofft auf diese Weise, den Beton nicht nur haltbarer und stärker zu machen, sondern möglicherweise auch die Zementmenge im Beton zu reduzieren. Damit, so zumindest das Kalkül von Shi und Kollegen, könnte nicht nur Geld für das teure Bindemittel Zement, sondern auch CO2 eingespart werden. Schließlich ist die energieintensive Zementherstellung für bis zu acht Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich.

Mikrofasern aus Polypropylen-und Polyester

Mikrofasern aus Corona-Maske
Die WSU-Forscher entwickelten ein Verfahren zur Herstellung winziger Maskenfasern mit einer Länge von fünf bis 30 Millimetern. Bildrechte: WSU

In einer Machbarkeitsstudie, deren Ergebnisse in der Zeitschrift Materials Letters veröffentlicht wurden, entwickelten die US-Forscher ein Verfahren, um aus dem zunächst ungeeigneten Polypropylen- oder Polyestergewebe der Masken fünf bis 30 Millimeter lange Mikrofasern herzustellen. Anschließend gaben sie diese Fasern in eine Graphenoxid-Lösung. Die so beschichteten Mikrofasern mischten sie schließlich in gewöhnlichen Portlandzement. Nach Angaben von Shi und Kollegen war diese Zementmischung mit Maskenmaterial nach einem Monat der Aushärtung 47 Prozent stärker als normaler Zement.

Studien zur Haltbarkeit geplant

Die Forscher wollen nun in weiteren Studien ermitteln, inwieweit die mit Graphenoxid behandelten Mikrofasern im Zement die Haltbarkeit des damit gebundenen Betons verbessern und ihn vor Frostschäden und Enteisungschemikalien schützen können, die auf Straßen eingesetzt werden.

Betonierarbeiten auf der A14
Betonierarbeiten auf der A14 in Sachsen-Anhalt: Die US-Forscher wollen durch Maskenmikrofasern Risse in Betonstraßen verhindern. Bildrechte: MDR/Hagen Tober

Dahinter steht der Gedanke, dass die Maskenmikrofasern im Beton die Bruchenergie absorbieren und zerstreuen können. Sie ist der Grund für winzige Risse, die sich zu großen Rissen ausweiten und später sogar zum Versagen des gesamten Materials führen können. In perspektivischen Studien wollen die US-Forscher eventuell auch klären, inwieweit ihre Technologie auf das Recycling anderer Polymermaterialien wie etwa alter Kleidung angewendet werden könnte.

Skepsis an der TU Dresden

Doch was wie die Eierlegende Wollmilchsau bei CO2-Einsparung, Preisersparnis sowie Haltbarkeit im Bausektor erscheint, dürfte nicht einfach zu realisieren sein. Experten sind skeptisch. Steffen Müller, Wissenschaftler am Institut für Baustoffe der TU Dresden, hält es zwar für möglich, dass feinverteilte Recyclingfasern aus Polypropylen oder Polyester frühe Rissbildungen im Beton verringern können. Eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Betons mit derart "niedermoduligen und dehnwilligen Fasern" sei jedoch eher nicht zu erwarten, sagte der Diplom-Ingenieur MDR WISSEN.

Für eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit sind die beiden Fasertypen aufgrund ihrer geringen Steifigkeit ungeeignet, da für den Bau eine höhere Steife gebraucht wird.

Dipl.-Ing. Steffen Müller, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Baustoffe der TU Dresden MDR WISSEN

Problem der "niedermoduligen Varianten"

Zwar würden Materialien aus Polypropylen oder Polyester bereits im Baugewerbe eingesetzt, so Müller, jedoch handle es sich dabei um Hochleistungsmaterialien und keine "niedermoduligen Varianten", wie man sie bei Gesichtsmasken verwende. Obendrein vermutet er, dass die Zerlegung der Maskengewebe in einzelne Mikrofasern im großen Stil nicht ganz einfach sein dürfte: "Wenn es solide sein soll, muss man die Fasern voneinander trennen, was energetisch aufwändig und maschinentechnisch anspruchsvoll ist." Zudem müsste das Material aller Masken auf seine mechanischen Eigenschaften geprüft werden.

Zementeinsparung eher schwierig

Auch die von den US-Wissenschaftlern ins Spiel gebrachte Zementeinsparung sieht Müller kritisch. Wieviel des teuren Zements eingesetzt werde, hänge von Mindestvorgaben für die mechanische Festigkeit ab. Mikrofasern im Beton würden die benötigte Zementmenge nicht reduzieren, sondern eher erhöhen, da die zusätzlichen Faseroberflächen ebenfalls mit Zementleim benetzt werden müssten. Zementeinsparungen durch Mikrofasern würden sich nur ergeben, wenn diese Fasern mechanisch nutzbar wären und man dadurch dünner bauen könnte. Insofern erscheine ihm "nur die Idee der Minimierung der Risse" im Beton machbar zu sein, erklärte der Diplomingenieur.

(dn)