Indische Forscher entwickeln "Poopcrete": Beton mit menschlichen Fäkalien verstärkt

Ein Forscherteam in Indien hat einen Beton entwickelt, der Biokohle aus menschlichen Fäkalien enthält und damit deutliche Festigkeitssteigerungen erreicht, insbesondere bei der Biegefestigkeit.

## Das Fundament der Zukunft könnte einen unerwarteten Ursprung haben

Beton ist zweifellos der Baustoff, der einen Großteil unserer gebauten Welt trägt. Von imposanten Hochhäusern bis hin zu bescheidenen Gehwegen ist er praktisch allgegenwärtig. Die Zementproduktion, ein wesentlicher Bestandteil des Betons, hat jedoch eine Schattenseite: Sie gehört zu den größten Quellen für Kohlendioxidemissionen weltweit. Beim Erhitzen und Verarbeiten von Kalkstein werden enorme Mengen dieses Treibhausgases freigesetzt, was die Wissenschaftsgemeinschaft dazu antreibt, nachhaltigere Alternativen zu suchen.

Vor diesem Hintergrund hat ein Team von Bauingenieuren der **Manipal University Jaipur** in **Indien** unter der Leitung von **Raghuvesh Tiwari** einen Vorschlag präsentiert, der das Spiel verändern könnte. Es gelang ihnen, eine Art Beton herzustellen, der Biokohle aus behandeltem Klärschlamm menschlicher Fäkalien enthält. Das Ergebnis ist laut ihren Untersuchungen ein Material mit verbesserten Eigenschaften, das eine doppelte Umweltperspektive eröffnet: die Abhängigkeit von herkömmlichem Zement zu verringern und einen massenhaft anfallenden menschlichen Abfall innovativ zu nutzen.

## Vom Abfall zum Rohstoff: Die Verwandlung der fäkalen Biokohle

Beton verdankt seine Vielseitigkeit einer Kombination von Faktoren: Im frischen Zustand ist er formbar und lässt sich in nahezu jede Gestalt bringen, und nach dem Aushärten wird er zu einem Material, das erhebliche Lasten tragen und dem Lauf der Zeit standhalten kann. Seine übliche Zusammensetzung umfasst Sand, Kies, Wasser und Zement. Der Schlüssel zu seiner Robustheit liegt im Gleichgewicht dieser Komponenten, und jeder Versuch, einen Teil des Zements durch andere Materialien zu ersetzen, muss sicherstellen, dass seine strukturellen Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden.

Biokohle, ein kohlenstoffreiches Material, das durch Erhitzen von organischer Substanz unter Sauerstoffabschluss gewonnen wird, gilt als vielversprechender Zementersatz. Sein großer Vorteil ist die Möglichkeit, aus einer breiten Pueblerino organischer Materialien hergestellt zu werden. Und hier kommen menschliche Fäkalien ins Spiel. Jeder Mensch scheidet im Durchschnitt etwa **400 Gramm Kot pro Tag** aus. Multipliziert mit Milliarden von Menschen ergibt sich eine erstaunliche Gesamtmenge an Fäkalienabfällen.

In Indien behandeln Kläranlagen für Fäkalschlamm diese Abfälle bereits sicher. Die Forscher fragten sich, ob die Biokohle aus diesem Schlamm, die durch Pyrolyse gewonnen wird (Erhitzen auf Temperaturen zwischen **350 und 450 °C** in einer sauerstoffarmen Umgebung), ein geeigneter Zusatzstoff für Beton sein könnte. Nachdem sie den Fäkalschlamm getrocknet, zerkleinert und gesiebt hatten, bis ein feines Pulver entstand, mischten sie ihn in verschiedenen Anteilen – **5 %**, **10 %** und **15 %** – in konventionelle Betonmischungen.

## Unerwartete Verbesserungen: Der "Poopcrete" im Test

Die Ergebnisse der Tests an diesem neuen Material, das umgangssprachlich "Poopcrete" getauft wurde, waren überraschend. Statt die Eigenschaften zu verschlechtern, schien der Zusatz von Fäkalien-Biokohle den Beton zu verbessern. Untersucht wurden Aspekte wie Schwinden, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Wasseraufnahme und Porosität.

Die Mischung, bei der **5 %** des Zements durch Fäkalien-Biokohle ersetzt wurden, zeigte die besten Gesamteigenschaften. Besonders interessant war jedoch die Entwicklung des Materials über die Zeit. Nach **91 Tagen** Aushärtung verzeichnete die Variante mit **5 %** Biokohle durchschnittliche Zuwächse von **20 %** bei der Druckfestigkeit und **36 %** bei der Biegefestigkeit.

Die Ersetzung von **10 %** des Zements durch Fäkalien-Biokohle lieferte noch beeindruckendere Zahlen: einen Anstieg von **21 %** bei der Druckfestigkeit und bemerkenswerte **42 %** bei der Biegefestigkeit. Diese Verbesserungen gingen nicht auf Kosten anderer Eigenschaften. Insgesamt nahm der "Poopcrete" mit **5 %** weniger Wasser auf und wies eine geringere Porosität als herkömmlicher Beton auf, zudem ein geringeres Schwinden beim Trocknen. Die Variante mit **10 %** blieb in diesen Aspekten mit normalem Beton vergleichbar.

Allerdings kann zu viel des Guten, wie so oft, kontraproduktiv sein. Bei einer Zementersetzung von **15 %** nahm der Beton zwar weiterhin an Festigkeit zu, seine Gesamtleistung war jedoch schlechter als bei den Varianten mit **5 %** und **10 %**.

## Die Wissenschaft hinter der Festigkeit: Warum funktioniert das?

Die Forscher nennen mehrere Erklärungen für diese Verbesserungen. Erstens ist Fäkalien-Biokohle stark porös. Diese kleinen Hohlräume wirken als Wasserreservoire und geben das Wasser während des Aushärtungsprozesses des Betons allmählich ab. So steht ausreichend Feuchtigkeit für die chemischen Reaktionen zur Verfügung, die den Zement erhärten und festigen.

Der Beitrag der Fäkalien beschränkt sich jedoch nicht auf die Wasserspeicherung. Biokohle ist reich an Kieselsäure, einem Bestandteil, der mit den beim Abbinden des Zements freigesetzten Verbindungen reagieren kann. Diese Reaktion erzeugt zusätzliche Kalziumsilikate, die für die Festigkeit des Betons entscheidend sind. Im Wesentlichen wirkt die Fäkalien-Biokohle also als puzzolanisches Material, ähnlich den vulkanischen Stoffen, die die alten Römer für ihren langlebigen Beton verwendeten.

Darüber hinaus können die feinen Biokohlepartikel als Füllstoff wirken und die Hohlräume zwischen den anderen Betonkomponenten ausfüllen. Dies verbessert die Packungsdichte und den allgemeinen Zusammenhalt der Mischung. Mikroskopische Untersuchungen bestätigten diese Hypothese: Der Beton mit **5 %** Biokohle wies eine dichtere und besser verbundene Struktur auf als konventioneller Beton. Die Mischung mit **15 %** zeigte dagegen einen strukturellen Verfall mit höherer Porosität und schwachen Übergangszonen.

Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse warnen die Forscher, dass noch ein langer Weg vor ihnen liegt. Das Verhalten des "Poopcrete" unter realen Bedingungen muss noch untersucht werden, etwa bei Frost-Tau-Zyklen, Salzeinwirkung und extremen Temperaturen. Auch die mögliche Anreicherung und Auslaugung von Schwermetallen, ein Problem, das mit Klärschlamm verbunden ist, muss noch analysiert werden. Die CO2-Emissionen dieser Methode wurden in der Studie ebenfalls noch nicht quantifiziert. Dennoch bietet die Möglichkeit, einen Teil des Zements durch ein Material aus einem konstanten und reichlich vorhandenen menschlichen Abfall zu ersetzen, einen faszinierenden Ansatz, um zwei Umweltprobleme gleichzeitig anzugehen.