In ihrem Bestreben, besser für die Zukunft zu bauen, suchen einige nach Antworten in der längst vergangenen Zeit.
Antike Baumeister auf der ganzen Welt schufen Bauwerke, die noch heute, Tausende von Jahren später, stehen – von römischen Ingenieuren, die dicke Beton-Seebarrieren gossen, über Maya-Maurer, die Gipsskulpturen für ihre Götter anfertigten, bis hin zu chinesischen Baumeistern, die Mauern gegen Eindringlinge errichteten.
Doch zahlreiche neuere Bauwerke laufen bereits auf ihr Verfallsdatum: Der Beton, aus dem ein Großteil unserer modernen Welt besteht, hat eine Lebensdauer von etwa 50 bis 100 Jahren.
Immer mehr Wissenschaftler untersuchen Materialien aus längst vergangenen Zeiten – indem sie Gebäudeteile abschlagen, historische Texte durchforsten, Nachahmerrezepte verwechseln – in der Hoffnung herauszufinden, wie sie sich über Jahrtausende hinweg bewährt haben.
Dieses Reverse Engineering hat eine überraschende Liste von Zutaten hervorgebracht, die in alte Gebäude eingemischt wurden – Materialien wie Baumrinde, Vulkanasche, Reis, Bier und sogar Urin. Diese unerwarteten Add-Ins könnten einige ziemlich beeindruckende Eigenschaften ausmachen, wie zum Beispiel die Fähigkeit, mit der Zeit stärker zu werden und Risse zu „heilen“, wenn sie entstehen.
Herauszufinden, wie man diese Eigenschaften kopieren kann, könnte heute echte Auswirkungen haben: Während unser moderner Beton die Kraft hat, riesige Wolkenkratzer und schwere Infrastrukturen zu tragen, kann er nicht mit der Widerstandsfähigkeit dieser alten Materialien mithalten.
Und angesichts der zunehmenden Bedrohungen durch den Klimawandel wird die Forderung immer lauter, das Bauen nachhaltiger zu gestalten. A Aktueller UN-Bericht schätzt, dass die bebaute Umwelt für mehr als ein Drittel der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich ist – und allein die Zementproduktion macht mehr als 7 % dieser Emissionen aus.
„Wenn man die Eigenschaften des Materials verbessert, indem man … traditionelle Rezepte der Maya oder der alten Chinesen verwendet, kann man Materialien herstellen, die auf viel nachhaltigere Weise im modernen Bauwesen verwendet werden können“, sagte Carlos Rodriguez-Navarro, ein Kulturerbe Forscher an der spanischen Universität Granada.
Ist der antike römische Beton besser als der heutige?
Viele Forscher haben sich von den Römern inspirieren lassen. Ab etwa 200 v. Chr. bauten die Architekten des Römischen Reiches beeindruckende Betonkonstruktionen, die den Test der Zeit bestanden haben – von der hoch aufragenden Kuppel des Pantheons bis zu den robusten Aquädukten, die auch heute noch Wasser führen.
Sogar in Häfen, in denen Meerwasser seit Jahrhunderten auf Bauwerke eindringt, findet man Beton „im Grunde so, wie er war, als er vor 2.000 Jahren gegossen wurde“, sagte John Oleson, ein Archäologe an der University of Victoria in Kanada.
Die meisten modernen Betone basieren auf Portlandzement, einem Pulver, das durch Erhitzen von Kalkstein und Ton auf sehr hohe Temperaturen und anschließendes Mahlen hergestellt wird. Dieser Zement wird mit Wasser vermischt, um eine chemisch reaktive Paste zu erzeugen. Dann werden Materialbrocken wie Gestein und Kies hinzugefügt und durch den Zementleim zu einer Betonmasse verbunden.
Laut Aufzeichnungen antiker Architekten wie Vitruv verlief der römische Prozess ähnlich. Die antiken Baumeister mischten Materialien wie gebrannten Kalkstein und Vulkansand mit Wasser und Kies und lösten so chemische Reaktionen aus, um alles miteinander zu verbinden.
Nun glauben Wissenschaftler, einen Hauptgrund dafür gefunden zu haben, warum römischer Beton über Jahrtausende hinweg Bauwerke gehalten hat: Das antike Material verfügt über eine ungewöhnliche Fähigkeit, sich selbst zu reparieren. Wie genau, ist noch nicht klar, aber Wissenschaftler beginnen, Hinweise zu finden.
In einem Studie, die Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurdeAdmir Masic, ein Bau- und Umweltingenieur am Massachusetts Institute of Technology, schlug vor, dass diese Kraft aus Kalkstücken stammt, die im gesamten römischen Material verstreut sind, anstatt gleichmäßig eingemischt zu werden. Forscher dachten früher, diese Brocken seien ein Zeichen dafür, dass die Römer ihre Materialien nicht gut genug vermischten.
Stattdessen stellten die Wissenschaftler nach der Analyse von Betonproben aus Privernum – einer antiken Stadt außerhalb Roms – fest, dass die Brocken die „Selbstheilungskräfte“ des Materials antreiben könnten. Wenn sich Risse bilden, könne Wasser in den Beton eindringen, erklärte Masic. Dieses Wasser aktiviert die verbleibenden Kalktaschen und löst neue chemische Reaktionen aus, die die beschädigten Bereiche auffüllen können.
Marie Jackson, Geologin an der University of Utah, sieht das anders. Ihre Forschung hat herausgefunden, dass der Schlüssel in den spezifischen vulkanischen Materialien liegen könnte, die die Römer verwendeten.
Die Bauherren sammelten Vulkangestein, das nach Vulkanausbrüchen zurückgeblieben war, um es in ihren Beton zu mischen. Dieses natürlich reaktive Material verändert sich im Laufe der Zeit, wenn es mit den Elementen interagiert, sagte Jackson, wodurch es entstehende Risse abdichten kann.
Die Fähigkeit, sich im Laufe der Zeit immer wieder anzupassen, „ist wirklich das Genie des Materials“, sagte Jackson. „Der Beton wurde so gut konzipiert, dass er sich selbst trägt.“
Mit Baumsaft Skulpturen erschaffen, die so stark sind wie Muscheln
In Copan, einer Maya-Stätte in Honduras, bleiben komplizierte Kalkskulpturen und Tempel auch nach mehr als 1.000 Jahren in einer heißen, feuchten Umgebung intakt. Und laut a Studie, die Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurdekönnte das Geheimnis der Langlebigkeit dieser Bauwerke in den Bäumen liegen, die zwischen ihnen sprießen.
Die Forscher hier hatten eine lebendige Verbindung zu den Erbauern der Bauwerke: Sie trafen sich mit lokalen Maurern in Honduras, die ihre Abstammung bis zu den Maya-Baumeistern zurückverfolgen, erklärte Rodriguez-Navarro, der an der Studie arbeitete.
Die Maurer schlugen vor, in der Kalkmischung Extrakte lokaler Chukum- und Jiote-Bäume zu verwenden. Als die Forscher das Rezept ausprobierten – sie sammelten Rinde, legten die Stücke in Wasser und gaben den resultierenden Baumsaft dem Material hinzu – stellten sie fest, dass der resultierende Gips besonders widerstandsfähig gegen physikalische und chemische Schäden war.
Als die Wissenschaftler näher heranzoomten, sahen sie, dass Teile organischen Materials aus dem Baumsaft in die Molekularstruktur des Gipses eingebaut wurden. Auf diese Weise konnte der Maya-Gips robuste natürliche Strukturen wie Muscheln und Seeigelstacheln nachahmen – und etwas von ihrer Zähigkeit übernehmen, sagte Rodriguez-Navarro.
In Studien wurde festgestellt, dass alle möglichen natürlichen Materialien in Strukturen aus längst vergangenen Zeiten eingemischt waren: Fruchtextrakte, Milch, Käsebruch, Bier, sogar Mist und Urin. Der Mörtel, der einige der berühmtesten Bauwerke Chinas zusammenhält – darunter die Chinesische Mauer und die Verbotene Stadt –, enthält Spuren von Stärke aus Klebreis.
Glück oder Können?
Einige dieser antiken Baumeister hätten vielleicht einfach Glück gehabt, sagte Cecilia Pesce, Materialwissenschaftlerin an der University of Sheffield in England. Sie haben so ziemlich alles in ihre Mixe geworfen, solange es billig und verfügbar war – und diejenigen, die nicht geklappt haben, sind längst zusammengebrochen.
„Sie würden alles Mögliche in den Bau einbauen“, sagte Pesce. „Und jetzt haben wir nur noch die Gebäude, die überlebt haben. Es ist also wie ein natürlicher Selektionsprozess.“
Aber einige Materialien scheinen mehr Absicht zu zeigen – wie in Indien, wo Bauherren Mischungen lokaler Materialien herstellten, um unterschiedliche Eigenschaften zu schaffen, sagte Thirumalini Selvaraj, Bauingenieurin und Professorin am indischen Vellore Institute of Technology.
Laut Selvarajs Forschung verwendeten Bauherren in feuchten Gebieten Indiens lokale Kräuter, die den Bauwerken helfen, mit Feuchtigkeit umzugehen. Entlang der Küste fügten sie Jaggery hinzu, einen unraffinierten Zucker, der vor Salzschäden schützen kann. Und in Gebieten mit höherem Erdbebenrisiko verwendeten sie superleichte „schwimmende Ziegel“ aus Reishülsen.
„Sie kennen die Region, sie kennen die Bodenbeschaffenheit, sie kennen das Klima“, sagte Selvaraj. „Also entwickeln sie ein entsprechendes Material.“
Antike römische … Wolkenkratzer?
Heutige Bauherren können die alten Rezepte nicht einfach kopieren. Obwohl römischer Beton lange hielt, konnte er schweren Lasten nicht standhalten: „Mit römischem Beton könnte man keinen modernen Wolkenkratzer bauen“, sagte Oleson. „Es würde zusammenbrechen, wenn man im dritten Stockwerk ankam.“
Stattdessen versuchen Forscher, einige der Besonderheiten des alten Materials zu nutzen und sie in moderne Mischungen zu integrieren. Masic ist Teil eines Startups, das versucht, neue Projekte mit römisch inspiriertem, „selbstheilendem“ Beton zu bauen. Und Jackson arbeitet mit dem Army Corps of Engineers zusammen, um Betonkonstruktionen zu entwerfen, die dem Meerwasser gut standhalten – wie die in römischen Häfen –, um die Küsten vor dem Anstieg des Meeresspiegels zu schützen.
Wir müssen nicht dafür sorgen, dass die Dinge ganz so lange bestehen wie die Römer, um Wirkung zu erzielen, sagte Masic. Wenn wir die Lebensdauer von Beton um 50 oder 100 Jahre verlängern, „werden wir auf lange Sicht weniger Abriss, weniger Wartung und weniger Material benötigen.“
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