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Verkohlter Kaffeesatz macht Beton deutlich druckfester
Was nach dem Kaffeekochen übrig bleibt, muss nicht auf der Deponie landen. Ein Forschungsteam hat Kaffeesatz unter Sauerstoffausschluss erhitzt und die entstehende Biokohle einem Betonmix beigemischt. Bei der günstigsten Rezeptur stieg die Druckfestigkeit im Labor um 29,3 Prozent. Erste Gehwegversuche zeigen allerdings, dass sich diese Steigerung nicht ohne Weiteres auf Baustellen übertragen lässt.
Melbourne (Australien). Aus Millionen Tassen Kaffee bleiben täglich feuchte Rückstände zurück, die vielfach im Müll landen. Auf Deponien können diese organischen Abfälle bei der Zersetzung Treibhausgase freisetzen. Zugleich benötigt die Bauindustrie große Mengen Sand, der für Beton gewonnen und vielerorts aus Flüssen und deren Umgebung entnommen wird.
Ein Teil dieser beiden Probleme könnte sich gemeinsam angehen lassen. Unbehandelter Kaffeesatz eignet sich allerdings nicht als Betonzusatz, weil aus ihm organische Verbindungen austreten, die das Erhärten des Zements behindern. Erst eine thermische Vorbehandlung macht die Rückstände für die untersuchte Betonrezeptur interessant.
Forscher der RMIT University (RMIT) um Dr. Rajeev Roychand haben deshalb untersucht, ob sich gebrauchter Kaffeesatz als Ersatz für einen Teil des feinen Sands im Beton eignet. Dazu verglichen sie unverarbeitete Kaffeereste mit verschiedenen Formen von Biokohle, einem kohlenstoffreichen Material, das beim Erhitzen organischer Stoffe ohne Sauerstoff entsteht.
Das Team sammelte Kaffeesatz aus Cafés in Melbourne und trocknete ihn zunächst 48 Stunden lang bei 60 Grad Celsius. Anschließend erhitzten die Forscher das Material unter Sauerstoffausschluss auf 350 beziehungsweise 500 Grad Celsius. Die so gewonnene Biokohle ersetzte in verschiedenen Betonmischungen jeweils fünf, zehn, 15 oder 20 Volumenprozent des verwendeten Feinsands.
Die beste Mischung enthielt Biokohle aus Kaffeesatz, der bei 350 Grad Celsius behandelt worden war. Ersetzte sie 15 Volumenprozent des Sands, lag die gemessene Druckfestigkeit 29,3 Prozent über der einer Vergleichsmischung ohne Kaffeezusatz. Bei 500 Grad Celsius hergestellte Biokohle schnitt weniger günstig ab. Unverkohlter Kaffeesatz verschlechterte dagegen die Festigkeit.
Mikroskopische und chemische Analysen deuten darauf hin, dass die Vorbehandlung die Eigenschaften der Kaffeereste so verändert, dass sie sich besser in die Zementmatrix einfügen. Entscheidend war nicht die bloße Zugabe von Abfall, sondern die passende Kombination aus Temperatur und Mischungsverhältnis. Die Untersuchung ermittelte vor allem die Druckfestigkeit von im Labor hergestellten Proben.
Mit der neuen Rezeptur könnte ein Teil des natürlichen Sandes durch einen bisher kaum genutzten Reststoff ersetzt werden. Für das Team sind vor allem zwei mögliche Vorteile interessant. Weniger Kaffeesatz müsste entsorgt werden, während der Bedarf an frisch gewonnenem Sand sinken könnte.
„Mit einem Ansatz der Kreislaufwirtschaft könnten wir organische Abfälle von Deponien fernhalten und zugleich natürliche Ressourcen wie Sand besser schonen“, erklärt Prof. Jie Li von der RMIT University (RMIT).
Die 15 Prozent beziehen sich auf das Volumen des ersetzten Feinsands und nicht auf die gesamte Betonmenge. Auch den Zement, dessen Herstellung besonders energieintensiv ist, ersetzten die Forscher bei diesem Versuch nicht. Ob die Herstellung und der Transport der Biokohle tatsächlich Treibhausgase einsparen, lässt sich aus der höheren Druckfestigkeit allein nicht ableiten.