Baustoffe: Ist Netto-Null genügend nachhaltig?

Korrosion von Stahl in Beton

Ein bedeutendes Beispiel ist die Betonindustrie. Beton ist das am meisten hergestellte Material und verursacht rund drei Mal so viel CO₂ wie die Luftfahrt. Die Betonbranche hat sich das Ziel gesetzt, ihren CO₂-Ausstoss bis 2050 auf netto null zu senken.² Mit Hochdruck wird nach klimaschonenden Alternativen gesucht, etwa emissionsarmen Zementen oder Recycling von Abbruchmaterial.³ Doch welche dieser neuen Baustoffe sind auf lange Sicht wirklich die nachhaltigsten?

Die Achillesferse von Stahlbetonbauwerken ist die Korrosion des Bewehrungsstahls. Oft wird Korrosion durch Tausalze verursacht, die durch den por?sen Beton eindringen und die Bewehrung angreifen: Der Stahl rostet, der Beton br?ckelt. Korrosion ist der h?ufigste Sch?digungsmechanismus im Ingenieurbau und verursacht enorme Kosten ¨C in der Schweiz rund 1000 Franken pro Minute allein in der Strasseninfrastruktur.⁴ Vorhersagen zu Zustand und Sicherheit von Bauwerken sind daher von zentraler Bedeutung. Ungl¨¹cklicherweise sind die heute verf¨¹gbaren Prognosemodelle nur begrenzt in der Lage, die Korrosion von Stahl in Beton zuverl?ssig vorherzusagen.

Falscher Fokus verhindert Fortschritt

In einer k¨¹rzlich publizierten Perspective⁵ habe ich zusammen mit Forschenden aus Nordamerika und Europa die historische Entwicklung der wissenschaftlichen Vorhersage von Korrosionssch?den kritisch durchleuchtet. Wir stellen fest, dass alle bestehenden Prognosemodelle auf einem einzigen theoretischen Konzept basieren, das die Lebensdauer von Stahlbeton als zweistufigen Prozess vereinfacht: In der ersten Phase ver?ndert sich das Milieu im Beton; in der zweiten Phase korrodiert der Bewehrungsstahl.

Dieses Konzept dominiert die Forschung seit Jahrzehnten, ohne dass die Vorhersagen dabei wesentlich genauer werden. Unsere Analyse zeigt, dass die Dominanz dieses einen Konzepts wie ein Flaschenhals wirkt und die Entwicklung von neuen Prognoseans?tzen in fataler Weise blockiert.

So fokussieren heutige Prognosemodelle auf die erste Phase, in welcher Prozesse ablaufen, bevor es ¨¹berhaupt zur Bewehrungskorrosion kommt. Dazu st¨¹tzen sich diese Modelle weitgehend auf empirische Erfahrungen mit fr¨¹heren Baustoffen und haben gerade f¨¹r neue Werkstoffe eine sehr beschr?nkte Aussagekraft. Hinzu kommt, dass auch die heutigen Regelwerke und Pr¨¹fmethoden auf dem traditionellen Paradigma fussen und nur beschr?nkt auf neue Baustoffe anwendbar sind. Schlimmer noch: Oft werden moderne, emissionsarme Baustoffe mit diesen Regelwerken f¨¹r den Praxiseinsatz benachteiligt, was ?usserst bedauerlich ist.

Forschung und Praxis m¨¹ssen umdenken

Deshalb bin ich ¨¹berzeugt, dass bei der Korrosionsprognose ein Paradigmenwechsel notwendig ist. Wissenschaft und Ingenieurpraxis sollten sich vom ?Zwei-Phasen-Konzept? l?sen und den Fokus stattdessen auf die Korrosion selbst legen. Wir brauchen wissenschaftlich fundierte Modelle, welche die tats?chlichen Korrosionssch?den und deren Auswirkungen auf das Tragverhalten eines Bauwerks zuverl?ssig vorhersagen, und das sowohl f¨¹r alte als auch f¨¹r neue Baustoffe.

Werkzeug f¨¹r wegweisende Weitsicht

Der Gewinn besserer Vorhersagemodelle w?re gross. Sie w¨¹rden eine proaktivere Instandhaltung unserer zusehends alternden Infrastruktur erm?glichen, indem sie den richtigen Zeitpunkt f¨¹r die Instandsetzung bestimmen ¨C nicht zu sp?t und nicht zu fr¨¹h. Die Infrastruktur zu erhalten ist eine der grossen Herausforderungen aller industrialisierten L?nder. Diese Mammutaufgabe wird ohne Fortschritte in Diagnostik und Prognose kaum ohne Abstriche bei der Sicherheit oder der Verf¨¹gbarkeit der Bauwerke zu bew?ltigen sein.⁶

Pr?zise Korrosionsprognosen sind aber auch der Schl¨¹ssel zu mehr Nachhaltigkeit im Ingenieurbau. Schliesslich z?hlt nicht nur der ?kologische Fussabdruck bei der Geburt eines Bauwerks, sondern jener ¨¹ber den gesamten Lebenszyklus. Lebenszyklusanalysen sind jedoch schwierig, wenn man die Lebensdauer nicht kennt.

Anstrengungen, die Bauindustrie zeitnah zu dekarbonisieren, sind ?usserst begr¨¹ssenswert. Trotz aller Begeisterung f¨¹r Netto-Null sollten wir den Weitblick ¨¹ber 2050 hinaus aber nicht aus den Augen verlieren. Was wir heute verbauen, muss auch f¨¹r die n?chsten Generationen sicher und dauerhaft sein. Nur mit Prognosemodellen k?nnen wir heute die richtigen Entscheidungen f¨¹r morgen treffen und aus der Palette an vielversprechenden Baustoffen und Verfahren die wahrhaftig nachhaltigen ausw?hlen.