Praxiseinsatz in einem Ferienhaus gestartet

Beton soll Wärme speichern und Strom erzeugen

Josef Kaufmann (links) und Mark Zumoberhaus wollen testen, wie Beton Solarwärme speichern kann. © Empa

Ein Forscherteam des Schweizer EMPA hat einen thermischen Wärmespeicher aus Beton installiert.

In einem Ferienhaus im schweizerischen Kanton Uri steht ein Betonwärmespeicher, der Energie aus einer Solarthermie-Anlage für die sonnenarmen Wintermonate speichern soll. Bauherr und Bauphysiker Mark Zumoberhaus hatte über einen entsprechenden Forschungsansatz des Schweizer Instituts Empa gelesen und sich entschieden, das auszuprobieren. Damit gibt er den Forschern die Chance, ihre Idee in der Praxis zu erproben und weiterzuentwickeln. Vor wenigen Wochen wurde der Prototyp montiert.

Einer der Empa-Tüftler, die seit 2011 einen Labor-Prototyp des Wärmespeichers gebaut haben, ist Josef Kaufmann. Er war auf die Eigenschaften von Ettringit gestoßen. Bei Normaltemperatur bindet dieses Mineral 32 Wassermoleküle in seiner Kristallstruktur. Bei Temperaturen von über 80 Grad gibt es das Wasser ab, bleibt aber weitgehend formstabil. Gibt man später Wasser dazu, gibt das Material die Wärme wieder ab. Manche Zementarten bilden beim Abbinden Ettringit.

Kaufmann verwendet einen Spezialbeton aus chinesischem CSA-Zement, Portland-Zement und Gips. CSA-Zement bildet beim Abhärten besonders große Mengen des gewünschten Minerals. Im Labormaßstab haben die Forscher ihre Idee mit einem kleineren Block, der etwas größer war als ein Schuhkarton, bereits vor einigen Jahren getestet und danach zum Patent angemeldet. Die Wärme wird über Heizschlangen abgeleitet. 600 Kilojoule pro Kilogramm Beton würden abgegeben, so Kaufmann nach messtechnischen Auswertungen.

Betonspeicher passt in die Garage

Bauherr Zumoberhaus ist durch Presseberichte auf die Empa-Forscher gestoßen und  hat Bereitschaft signalisiert, das System auszuprobieren. Dann haben die Forscher einen Prototyp in voller Größe gebaut. Er besteht aus 24 einzelnen Beton-Elementen mit Bohrungen, Rinnen, um ihn zu befeuchten und Aussparungen für einen Gabelstapler, um ihn gut ein- und auch wieder ausbauen zu können.

Der sechs Kubikmeter große Speicherblock wurde vor einigen Wochen in der Garage des Ferienhauses eingebaut. Erste Trocknungsversuche des Betonspeichers liefen positiv, auch wenn er noch nicht auf die vorgesehenen 80 Grad aufgeheizt wurde. Für Zumoberhaus ist es "ein weiteres Experiment, zu dem ich mich entschlossen habe". Man könne die Anlage ja nach drei Jahren wieder demontieren, wenn sie nicht funktioniere. Auf jeden Fall werde man aber Erkenntnisse zur Erforschung von Energiespeichern gewinnen.

Beton als bekannter und häufig eingesetzter Baustoff ist Gegenstand einiger Forschungsprojekte, die die Materialeingenschaften optimieren wollen, um Energie zu speichern oder zu erzeugen.

Der Solarbeton, an dem Reckli und Heliatek seit einiger Zeit arbeiten, ist jetzt anwendungsreif. In einer speziell von Reckli konzipierten Betonfassade sind die organischen Solarfilme von Heliatek integriert. Reckli ist ein Hersteller von Betonmatrizen. Ein erstes Pilotprojekt ist in Shanghai entstanden, im Mai 2015 wurde in Herne am Reckli-Stammsitz die erste Solarbetonwand in Europa gezeigt.

Auf der Bau 2015 in München zeigte das Forschungsteam Bau Kunst Erfinden der Universität Kassel Dyscrete, ein Material, das in einem noch bis September 2015 laufenden Forschungsprojekt entwickelt worden ist.

Beton erzeugt Strom

Bestandteile von Dyscrete sind leitfähiger Beton und organische Flüssigkeiten. Das Material soll in Fassadenelementen für vorgehängte Fassaden Strom erzeugen. Es besteht aus einem speziellen leitfähigen Beton, der mit Lagen aus Titandioxid, einer organischen Flüssigkeit, einem Elektrolyt, Graphit und einer transparenten Oberfläche beschichtet ist, die ihn unempfindlicher macht. Das Ergebnis ist eine Farbstoffsolarzelle, der Beton selber übernimmt dabei die Funktion einer Elektrode.

Die Produktion der Bauteile muss vor Ort erfolgen, auf der Baustelle ist es in der Regel nicht möglich, den Beton glatt genug zu ziehen und die notwendige Dichte zu erzielen.  von Pia Grund-Ludwig

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