Biobeton – Wenn Bakterien zu Baumeistern werden

Beton trägt Städte, Brücken und Infrastrukturen. Sein Hauptbestandteil, Zement, verursacht jedoch hohe CO₂‑Emissionen. Für die Herstellung müssen Rohstoffe auf über 1000 Grad erhitzt werden. Zudem wird bei der Umwandlung von Kalkstein Kohlendioxid freigesetzt. Trotz Fortschritten ist die Branche noch weit von der Klimaneutralität entfernt.

Eine mögliche Alternative kommt aus der Mikrobiologie. Karen Antorveza Paez ist Forscherin an der ETH Zürich. Sie nutzt Bakterien, um Sandkörner miteinander zu verbinden und daraus bei Raumtemperatur architektonische Bauteile herzustellen.

Bakterien, die Stein produzieren

Das Verfahren wird als mikrobiell induzierte Kalziumkarbonat-Fällung (MICP) bezeichnet, vereinfacht auch Biobetonierung.

Dabei produziert das Bakterium Sporosarcina pasteurii das Enzym Urease, das Harnstoff abbaut. In Gegenwart von Kalzium entstehen Kalzitkristalle, also derselbe Mineralstoff, der auch in Kalkstein oder Muschelschalen vorkommt.

Die Kristalle wachsen zwischen den Sandkörnern, verbinden diese miteinander und wirken wie eine natürliche mineralische Klebstoffschicht. Nach dem Trocknen entsteht eine feste Struktur, während die Bakterien nicht mehr aktiv sind. Der Prozess dauert zwei bis fünf Tage und benötigt keinen Brennofen.

3D-Druck und Robotik

Die Biobetonierung ist nicht neu. Das Bakterium wird seit Jahren untersucht, etwa zur Stabilisierung von Böden oder für selbstheilenden Beton, bei dem Bakteriensporen Risse eigenständig verschliessen.

Neu ist die Art, wie Karen Antorveza Paez das Verfahren einsetzt: nicht als Zusatz zu bestehenden Baustoffen, sondern als eigenständiges Baumaterial.

Ein Ansatz nutzt den 3D-Druck. Sand, lebende Bakterien sowie ein Gel aus Alginat und Xanthan bilden eine Art Biotinte, die in die gewünschte Form gedruckt wird. Anschliessend wird das Objekt in ein Bad aus Harnstoff und Kalziumchlorid gelegt, bis die Mineralisierung es verfestigt. Auf diese Weise entstand bereits ein Fassadenelement.

Die zweite Methode setzt auf automatisiertes Sprühen. Ein Roboterarm trägt Sand, Bakterien und mineralisierende Stoffe Schicht für Schicht auf. Dadurch entfällt das Tauchbad. Das Verfahren eignet sich besonders für Beschichtungen und Verkleidungen.

An der Architekturbiennale 2025 in Venedig war die Technologie während sechs Monaten im Einsatz. Die Demonstration zeigte, dass sich die Biobetonierung automatisieren lässt.

Noch kein Ersatz für Beton

Bislang ähnelt Biobeton eher einem Mörtel als einem tragenden Baustoff.

Festigkeit, Haltbarkeit und das Verhalten bei grossen Bauteilen müssen noch weiterentwickelt werden. Zudem bleibt die Herstellung vergleichsweise langsam, da sie von den biologischen Mineralisierungsprozessen abhängt.

Die Biobetonierung gehört zu einer grösseren Gruppe sogenannter «lebender Materialien». Dazu zählen ebenfalls Werkstoffe aus Pilzmyzel, das auf Stroh, Sägemehl oder anderen Pflanzenresten wächst und zu leichten Dämm- und Bauelementen verarbeitet werden kann.

Auch hier begrenzen Fragen der Standardisierung, Festigkeit und Haltbarkeit bislang den Einsatz in tragenden Konstruktionen.

Brücken und Wolkenkratzer werden daher vorerst weiterhin aus Beton gebaut. Denkbar ist jedoch ein Einsatz von biologisch hergestellten Materialien für Fassaden, Trennwände, Verkleidungen, Reparaturen oder andere nicht tragende Elemente.

Hinzu kommt ein Umweltproblem: Beim Abbau von Harnstoff entsteht Ammonium, das insbesondere für Gewässer belastend sein kann. Wird dieses Nebenprodukt nicht aufgefangen oder behandelt, könnte sich der ökologische Vorteil der Technologie verringern.

Deshalb seien weitere Untersuchungen über den gesamten Lebenszyklus notwendig.

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RSI, Millevoci Scienza e Ricerca, 21.10.2026, 10:45 Uhr; rama