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Baustoffe der Zukunft                           

  • Neue Baumaterialien vorgestellt
  • Zukunfts-Baustoffe und ihre Anwendung
  • Was können moderne Baustoffe, was nicht?          

Für die Häuser von morgen braucht es angesichts von Ressourcenengpässen, steigenden Baukosten und klimatischen Herausforderungen neuartige Baumaterialien. Wir stellen spannende Technologien und Baustoffe der Zukunft vor.

Was sind moderne Baustoffe?

Baustoffe der Zukunft: mit Kohlefasern armierte Steinplatte
Die Armierung mit Kohlefasern verleiht der Platte aus Granit eine extrem hohe Festigkeit. (Quelle: Andreas Battenberg / TU München)

Seit Jahrhunderten bauen Menschen ihre Häuser mit traditionellen Materialien. Dazu zählen unter anderem Lehm, Holz, Stroh und Brandsteine, also Klinker und Backsteine (umgangssprachlich: Ziegelsteine), ebenso wie Beton. Ihre bauphysikalischen Eigenschaften sind intensiv erforscht und haben sich in der Praxis bewährt.

Moderne Baustoffe sollen die positiven Merkmale nachahmen beziehungsweise überbieten. Beispiele sind Hanf, Seegras und Pilze, die teilweise heute schon bei der ökologischen Dämmung zum Einsatz kommen. Aber auch Betonalternativen wie Carbonbeton und Holzbeton werden immer intensiver erforscht.

Sie sollen den hohen ökologischen und ökonomischen Anforderungen des 21. Jahrhunderts gerecht werden, vor allem also klimafreundlich, langlebig, kostengünstig und vollständig recyclefähig sein.


Die Bedeutung von innovativen Baustoffen

Baustoffe der Zukunft: Trafohäuschen aus Carbonbeton
Bei dieser begrünten Transformatorenstation wurde statt Stahlbeton der Werkstoff Carbonbeton verwendet. Sie steht im nordrhein-westfälischen Städtchen Blomberg. (Quelle: Phoenix Contact / Betonbau BBD GmbH)

Traditionelle Baumaterialien leisten gute Dienste in der Bauindustrie und das seit Jahrhunderten. Warum braucht es überhaupt neue Baustoffe? Und was müssen Baustoffe der Zukunft leisten?

Warum sind neue Baustoffe wichtig?

Gebäude sind laut dem Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen für rund 40 Prozent der Treibhausemissionen in Deutschland verantwortlich. Dazu tragen der Betrieb (zum Beispiel Heizung, Strom und Warmwasser), die Fertigung herkömmlicher Baumaterialien, der Bau und auch der Abriss bei.

Hinzu kommt ein hoher Ressourcenverbrauch in der Bauindustrie: Laut dem Umweltbundesamt werden in Deutschland jährlich knapp 600 Millionen Tonnen mineralische Rohstoffe – zum Beispiel Kalk, Bimsstein, Kies und Sand – verbaut. Beim Bau und Abriss von Gebäuden entstehen mehr als 200 Millionen Tonnen Bauabfälle.

Zum fast schon verschwenderischen Umgang mit knappen Ressourcen kommt noch eine weitere Komponente hinzu: Der rasante Anstieg der Baupreise stellt die Baubranche vor massive Herausforderungen. Der Bedarf an ressourcenschonenden, klimafreundlichen und kostengünstigen Baustoffen wächst also enorm.
 

Was müssen Baumaterialien der Zukunft leisten?

Wissenschaftler, Architekten und Technologen arbeiten mit hoher Dringlichkeit an der Weiterentwicklung traditioneller Baumaterialien und an neuartigen Baustoffen. Die Anforderungen an Effizienz, Wirtschaftlichkeit, Klimafreundlichkeit und Recyclingfähigkeit sind hoch.

Baustoffe der Zukunft müssen folgende Eigenschaften haben:

  • umweltverträglich
  • leistungsfähig
  • gesundheitlich unbedenklich
  • langlebig
  • kostengünstig
  • vollständig wiederverwertbar


Haben neuartige Baustoffe auch Nachteile?

Kostengünstig bauen und umweltverträglich bauen steht heute oft noch im Widerspruch. Um Geld zu sparen, greifen Baufirmen und private Bauherren häufig auf preiswerte Lösungen zurück. Diese wirken sich oftmals nachteilig auf die Umwelt aus. So kommt für die Fassadendämmung mit Wärmedämmverbundsystemen vielfach Styropor zum Einsatz. Der Kunststoff bietet Vorteile, hat aber auch eine Reihe von Nachteilen. So wird EPS auf Basis von Erdöl produziert und ist nur teilweise recyclefähig.

Umweltfreundliche Innovationen im Bereich der Baustoffe haben derzeit noch einen vergleichsweise hohen Preis. Die Investition rechnet sich häufig erst nach ein paar Jahrzehnten und nicht, wie viele Investoren heute fordern, bereits nach knapp zehn Jahren. 


Ökologisch bauen: Alternative Naturbaustoffe der Zukunft

Baustoffe der Zukunft: Algentechnikum an der TU München
An der Technischen Universität München wird im "Algentechnikum" daran geforscht, wie sich aus Algen Carbonfasern herstellen lassen. (Quelle: Andreas Heddergott / TU München)

Ökologische Baustoffe, zu denen traditionell Holz und Lehm zählen, schonen die Umwelt und verbessern die CO2-Bilanz. Neben Klimaschutz und Umweltverträglichkeit spielt auch der Gesundheitsaspekt beim ökologischen Bauen eine zentrale Rolle. Viele konventionelle Baustoffe können durch schädliche Inhaltsstoffe krank machen. 

Einige interessante Beispiele für alternative Baustoffe der Zukunft sind:

  • Algen: An der Technischen Universität in München (TUM) werden schon seit längerem alternative Baustoffe erprobt. Ein Schwerpunkt liegt in der Erforschung von Algen als Baumaterial. Aus ihnen werden Carbonfasern gewonnen und mit einer Granitschicht versehen. Dieses Carbonfaserkomposit dient dann als Bauelement. Das Besondere: Bei der Herstellung der Carbonfasern aus Algen(öl) wird der Atmosphäre mehr Kohlendioxid entzogen, als dabei freigesetzt wird.
  • Holzschaum: Am Fraunhofer-Institut für Holzforschung in Braunschweig (WKI) entwickelten Forscher ein neues Schaummaterial, das zu 100 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Aufgeschäumte Dämmplatten aus Holz sind klimafreundlich und recycelbar. Holzschaum könnte langfristig erdölbasierte Schaumstoffe ersetzen.
  • Hanf: Der besonders schnell nachwachsende Naturbaustoff kommt als Dämmstoff unter anderem in Form von gepressten Platten zum Einsatz. Durch eingelagerte Kieselsäure in den Fasern hat Hanf einen integrierten Fäulnis- und Verrottungsschutz.
  • Seegras: Abgestorbenes Seegras eignet sich sehr gut als Dämmstoff im Dach, in den Zwischenwänden sowie als Außendämmung bei der Fassadensanierung. Seegras ist resistent gegen Fäulnis, Pilze und Schädlinge, verrottet also nicht. Zudem hat der Naturbaustoff dank seines hohen Silikat- und Salzgehalts ohne chemische Zusätze die Brandschutzklasse B2. 
  • Popcorn: Wissenschaftler der Universität Göttingen erforschen seit einigen Jahren die Eigenschaften von gepufften Maiskörnern als Baustoff. Bauplatten aus Popcorn sind besonders leicht und schalldämmend. Zudem haben sie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit. Leichtbauelemente aus Popcorn könnten in Zukunft Spanplatten und Styropor ersetzen.  
  • Pilze: Eine natürliche Alternative zu Kunststoffen könnte ein neuer Baustoff auf Basis von gewachsenem Myzel sein, das ist ein Pilz. Als Rohmaterial dienen landwirtschaftliche Reststoffe, wie beispielsweise Stroh oder Olivenkerne. Innerhalb weniger Tage wächst der Pilz und bildet feste Blöcke, die sich als Isoliermaterial verwenden lassen. Der ökologische Baustoff der Zukunft ist feuerfest, nicht allergen und vollständig biologisch abbaubar.
Baustoffe der Zukunft: Betonbewehrung mit Naturfasern Baustoff der Zukunft: Flachsdrehergewebe mit einer biobasierten Beschichtung. (Quelle: Fraunhofer WKI)
  • Textilien: Nichtmetallische Bewehrungen von Betonkörpern werden derzeit häufig aus unterschiedlichen, synthetisch erzeugten Fasern hergestellt – zum Beispiel aus Glas- oder Carbonfasern. Eine ökologische Alternative zu den synthetischen Fasern stellen Flachs- oder andere Naturfasern dar. Diese sind vielerorts verfügbar und nachhaltiger, unter anderem aufgrund ihrer nachwachsenden Rohstoffbasis, den Vorteilen im Recycling und dem geringeren Energiebedarf in der Herstellung. Hier setzten die Forschenden des Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI und der Hochschule Biberach gemeinsam mit einem Industriepartner an.

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Betonalternativen als neue Baustoffe

Baustoffe der Zukunft: Carbongelege wird in mehreren Lagen in Feinbeton
Das Carbongelege zur Bewehrung wird in mehreren Lagen in Feinbeton eingearbeitet. (Quelle: Jörg Singer / c3)

Kein anderer Baustoff kommt auf Baustellen so häufig zum Einsatz wie Beton. Dabei gilt das Material heute als klimaschädlich. Die Rohstoffe Kies und Sand werden immer knapper, und die Herstellung von Zement, das als Bindemittel im Beton dient, verursacht in hohem Maße Treibhausemissionen. Mittlerweile gibt es innovative Betonalternativen, die ebenso belastbar und nachhaltig sind.

Carbonbeton als Baustoff der Zukunft

Carbonbeton, wegen seines faserigen Gewebes auch Textilbeton genannt, ist ein Verbundwerkstoff aus Beton und Kohlenstofffasern in Form von Matten oder Stäben. Auf dem Campus der Technischen Universität (TU) Dresden ist im Jahr 2019 ein zweigeschossiges Bauprojekt aus Carbonbeton entstanden. "Das C-Cube soll die Eigenschaften von Carbonbeton veranschaulichen und ein Musterbeispiel für filigranes, leichtes und schlankes Bauen sein”, sagt Prof. Manfred Curbach, Leiter des Instituts für Massivbau und Vorstandsvorsitzender des Bauforschungsprojektes C³-Carbon Concrete Composite
 

Vorteile von Carbonbeton Nachteile von Carbonbeton  
Das High-Performance-Material ist
fester, leichter und langlebiger als herkömmlicher Stahlbeton. 
Aktuell ist die Herstellung von Carbonbeton noch vergleichsweise teuer: Carbonbeton kostet in der Produktion rund zwanzigmal mehr als Stahlbeton.   
Carbonbeton rostet nicht.     
Die Tragfähigkeit des neuen Baustoffs ist fünf- bis sechsmal höher als bei Stahlbeton.    
Die Herstellung ist ressourcenschonender und die CO2-Emissionen sind deutlich niedriger als bei normalem Beton.    
Carbonbeton lässt sich aus jedem Stoff produzieren, der Kohlenstoff enthält, beispielsweise aus der innovativen
Naturfaser Lingin, ein Abfallprodukt bei der Herstellung von Holz. 
   

Holzbeton als moderner Baustoff

Holzbeton ist ein Hybrid-Baustoff, der aus Sägespänen und Zement gefertigt wird. Damit lassen sich inzwischen nicht nur Formteile zur Dämmung, sondern auch tragende Mauersteine für Innen- und Außenwände herstellen. Bereits 2010 entstand der Holzbeton-Experimentalbau green:house auf dem Gelände der Bauhaus-Universität Weimar. Inzwischen ist die Forschung und Entwicklung deutlich weiter, und es entstehen immer mehr Holz-Beton-Hybridhäuser. 

Vorteile von Holzbeton Nachteile von Holzbeton  
Aufgrund der Zusammensetzung ist
die Wärmeleitfähigkeit geringer als bei herkömmlichem Beton und die Wärmespeicherfähigkeit vergleichsweise hoch. 
Noch ist der Einsatz von Holzbeton aufgrund der Herstellungskosten für kleine Bauprojekte nicht wirtschaftlich.
 
Holzbeton hat eine sehr gute
Schalldämmung.
Holzbeton ist ökologischer als
Stahlbeton, aber nicht so umweltverträglich wie Holz.
 
Das Material ist wetterfest und
kann somit auch für Fassadenelemente zum Einsatz kommen.
   
Holzbeton hat gute
Brandschutzeigenschaften.
   
Baustoffe der Zukunft: Rhonda-Erdmann-Haus Das Rhoda-Erdmann-Haus in Berlin wurde zu großen Teilen aus Recyclingbeton errichtet. (Quelle: Stefan Klenke / Humboldt Universität Berlin)

Recyclingbeton als Baumaterial der Zukunft

Die Schweiz ist Vorreiter im Bereich Recyclingbeton: In Zürich wird der Anteil von R-Beton bei Bauprojekten auf 10 bis 15 Prozent geschätzt. In Deutschland gibt es dagegen noch nicht viele Bauvorhaben mit Recyclingbeton.

Ein Beispiel ist das Rhoda-Erdmann-Haus, der Forschungs- und Laborkomplex der Humboldt-Universität Berlin. Hierbei wurden 5.400 Kubikmeter R-Beton verarbeitet. Auch bei der Umweltstation der Stadt Würzburg kam Recyclingbeton zum Einsatz. Das Projekt wurde bei der Verleihung des Bundespreises UMWELT&BAUEN 2020 mit einer Anerkennung ausgezeichnet.

Vorteile von Recylingbeton Nachteile von Recyclingbeton  
Recyclingbeton hat die gleichen
Eigenschaften wie herkömmlicher Beton und lässt sich im Hausbau genauso gut einsetzen.
Noch ist der Einsatz von Recyclingbeton aufgrund der Herstellungskosten für kleine Bauprojekte nicht wirtschaftlich.
 
Der Baustoff ist
ressourcenschonender, da kein neuer Sand oder Kies für die Herstellung verwendet werden muss. 
Die Herstellung von Recyclingbeton ist zwar emissionsärmer, trotzdem wird Zement als Bindemittel benötigt, das wiederum hohe Treibhausemissionen verursacht.
 
Bauschutt landet nicht auf Deponien, sondern wird gezielt wiederverwertet. Das spart Kosten und bedeutet weniger Transportwege. 
   
Die Herstellung ist energieärmer
und klimafreundlicher als bei neuem Beton. 
   

Technologie und Baustoffe: Smart-Materials und ihre Anwendungen

Die Forschung und Entwicklung in der Baubranche steht nicht still. Weitere vielversprechende Innovationen und Baustoff-Trends, die in Zukunft an Relevanz gewinnen könnten, sind:

Nanomaterialien in der Baubranche

Die Nanotechnologie erlaubt es, verschiedene Flächen – Dächer oder Fassaden – zu beschichten. Auf diese Weise entstehen futuristische Baumaterialien, die spezielle Eigenschaften mitbringen. Zum Beispiel photokatalytische Baustoffe, die Autoabgase abbauen und so zur Luftreinigung beitragen können. Durch Nanolacke ist es in Zukunft möglich, Oberflächen nachträglich eine Funktion zu verleihen.

Super-Material als Baustoff der Zukunft?

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben das sogenannte “Super-Material” entwickelt. Es ist leichter als Plastik, zehnmal härter als Stahl, korrosionsfrei und extrem hitzebeständig. Der innovative Baustoff besteht aus einer Lage wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome (Graphen-Flocken), die zu einem großen Netzwerk zusammengedrückt werden.

Noch ist das Super-Material aus dem 3D-Drucker allerdings in der Testphase. Sollte es auf den Markt kommen, könnte es für den Brückenbau oder den Bau von Gebäuden zum Einsatz kommen – und den Bausektor revolutionieren. 


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