Bakterien als Bauarbeiter: Im Projekt CEBREWA an der EPFL in Lausanne haben Forschende Mikroorganismen in den Boden gebracht, die bei ihrem Stoffwechsel Kalziumkarbonat bilden. Zwischen den Bodenkörnern wachsen Kalkkristalle und verbinden das lockere Material von innen – ohne Zement, ohne Flugasche, ohne schweres Gerät. Vom Labor auf die Baustelle ist es trotzdem ein weiter Weg, und genau der macht die Geschichte spannend – und am Ende kannst du prüfen, ob du eine Idee wirklich bis zur Norm und zum Zertifikat durchziehst.
Städte wachsen, die Infrastruktur altert, und gebaut wird immer öfter dort, wo der Untergrund eigentlich nicht mitspielt. Hänge rutschen ab, Böschungen erodieren, Straßendämme sacken. Dazu kommen häufigere Extremwetterereignisse, knapper werdende Bauflächen und eine wachsende Bevölkerung in den Städten. Wer dort bauen oder reparieren will, muss den Boden erst tragfähig machen. Das klingt nach einem Nebenschauplatz, ist aber eine der größten stillen Baustellen der Bauingenieurwissenschaft.
Die übliche Antwort heißt Bindemittel: Flugasche, Kalk, Zement. Sie werden in den Boden eingebracht, härten aus und machen aus losem Material eine feste Masse. Das funktioniert, verlangt vor Ort aber enorme Mengen Energie und schweres Gerät.
Der zweite Preis ist schlechter zu sehen. Solche Verfahren können das Grundwasser und die Ökosysteme unter der Oberfläche schädigen, und zwar irreversibel. Ein Boden, der einmal chemisch verfestigt wurde, lässt sich nicht zurückdrehen.
Das Projekt CEBREWA hat deshalb die Richtung gewechselt und nicht nach einem besseren Bindemittel gesucht, sondern nach einem Boden, der sein eigenes herstellt. Ausgewählte Mikroorganismen oder deren Enzyme werden in den Untergrund gebracht; bei ihrer Stoffwechselaktivität entsteht Kalziumkarbonat. Die Kalkkristalle wachsen zwischen den Bodenkörnern und wirken dort als biologischer Zement.
„Wir nutzen die biologisch vermittelte Kalzitbildung, damit Böden ihre eigenen mineralischen Bindungen bilden können, anstatt auf herkömmliche synthetische Bindemittel zurückzugreifen“, erklärt Lyesse Laloui, Projektkoordinatorin und Direktorin des Labors für Bodenmechanik an der EPFL.
„Wir haben die Technologie vom Porenmaßstab bis zum Feldmaßstab untersucht“, sagt Laloui. Das ist der eigentliche Aufwand hinter der schönen Idee, denn ein Prozess, der zwischen einzelnen Sandkörnern funktioniert, muss auch auf einer ganzen Böschung funktionieren. Das Projekt arbeitete deshalb auf mehreren Ebenen gleichzeitig:
CEBREWA lief achtzehn Monate, vom 1. Februar 2021 bis zum 31. Juli 2022, koordiniert von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz. Die Finanzhilfevereinbarung trägt die Nummer 963913, der EU-Beitrag lag bei 150.000,00 Euro. Für ein Projekt, das den Sprung vom Laborergebnis in die Anwendung schaffen sollte, ist das ein knapper Rahmen.
Die Feldversuche zeigten eine hohe Behandlungswirksamkeit und eine deutliche Verbesserung der Festigkeit. Entstanden sind außerdem Planungs- und Überwachungsinstrumente für konkrete Einsätze: Erosionsschutz, Verbesserung der Tragfähigkeit, Hangstabilisierung und Straßenverstärkung.
CEBREWA baute auf dem ebenfalls vom Europäischen Forschungsrat finanzierten Vorgängerprojekt BIOGEOS mit der Nummer 788587 auf, in dem die Biozementierungstechnologien patentiert wurden. Weitergetragen werden sie heute über diese Patente und über Medusoil, ein Spin-off der EPFL.
Damit ist die Arbeit aber nicht zu Ende, sie verschiebt sich nur. Als nächste Schritte stehen zusätzliche Validierung in der Praxis, internationale Zertifizierung nach ISO und CE, Standardisierung, Qualitätskontrollverfahren und die Skalierung der Produktionssysteme an. Das ist der Teil, den in Vorlesungen kaum jemand erwähnt und der trotzdem darüber entscheidet, ob eine Methode je auf einer Baustelle landet.
An diesem einen Projekt hängen Mikrobiologie, Geotechnik, Chemie und numerische Modellierung gleichzeitig. Wer Bauingenieurwesen studiert, trifft hier auf Bakterienzucht; wer aus den Biowissenschaften kommt, plötzlich auf Tragfähigkeit und Hangneigung. Genau an solchen Schnittstellen entstehen in den nächsten Jahren die interessanten Stellen.
Und es steckt eine zweite Lektion darin: „Unser Ziel ist es, die Bodenverbesserung deutlich CO2-ärmer, weniger invasiv und umweltverträglicher zu gestalten, ohne dabei Abstriche bei der technischen Leistungsfähigkeit zu machen“, sagt Laloui. Ein Ergebnis im Labor und eine Technologie auf dem Markt sind zwei verschiedene Dinge, und beide muss jemand machen.
Biozementierung ersetzt kein Bauverfahren von heute auf morgen. Sie zeigt aber, dass die spannendste Technik nicht immer ein neues Gerät ist, sondern manchmal ein sehr alter Prozess der Natur, den jemand dorthin verlegt, wo er gerade gebraucht wird. Der Rest ist Geduld: Normen, Zertifikate und der lange Weg vom Porenmaßstab bis zur Böschung an der Straße.
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