Neues Baumaterial bindet CO2, statt es auszustoßen

Zement und Beton sind nach Kohle und Öl die größten industriellen Klimakiller: Der Bausektor verursacht weltweit rund acht Prozent der globalen CO2-Emissionen. Forscher des Worcester Polytechnic Institute (WPI) in Massachusetts haben jetzt ein Baumaterial entwickelt, das diesen Kreislauf umkehrt. Es nimmt während des Aushärtens CO2 aus der Luft auf, anstatt es auszustoßen und hält gleichzeitig strukturellen Belastungen stand.

Wie ESM funktioniert: Ein Enzym als Baumeister

Das Material heißt Enzymatic Structural Material, kurz ESM. Der WPI-Forscher Nima Rahbar und sein Team gaben im Dezember 2025 im Fachjournal Matter bekannt, dass sie ein Enzym einsetzen, das Kohlendioxid aus der Umgebungsluft direkt in feste Calciumcarbonat-Mineralien umwandelt. Diese Mineralien bilden beim Aushärten die Grundstruktur des Materials.

Calciumcarbonat ist kein unbekanntes Material. Muscheln und Korallen bauen es auf demselben Weg auf: durch enzymatische Mineralisation. Das WPI-Team hat diesen biologischen Prozess im Labor nachgebaut und in ein industriell herstellbares Baumaterial übersetzt. Das Ergebnis: Eine Kubikmeter ESM bindet während Herstellung und Aushärtung laut der Matter-Studie mehr als 6 Kilogramm CO2. Dem gegenüber stehen 330 Kilogramm, die eine Kubikmeter konventioneller Beton bei seiner Herstellung in die Atmosphäre abgibt. Das ist ein Unterschied von Faktor 55.

Die gemessene Druckfestigkeit liegt bei 25,8 Megapascal, was den Mindeststandard für Konstruktionsbeton übertrifft. Das Material ist außerdem reparierbar und vollständig recyclierbar, was laut WPI langfristig Baukosten und Deponieabfälle reduzieren könnte.

Warum der Bausektor das Klima besonders stark belastet

Beton ist das meistverwendete Baumaterial der Welt: Jedes Jahr werden rund vier Milliarden Tonnen Zement produziert. Das Problem liegt in der Herstellung. Bei der Produktion von Zementklinker, dem Bindemittel in Beton, wird Kalkstein bei über 1.400 Grad Celsius gebrannt. Dabei entweichen zwei Quellen von CO2: die Verbrennung der Brennstoffe und die thermische Zersetzung des Kalksteins selbst. Zusammen machen diese Emissionen rund acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen aus, mehr als der gesamte globale Flugverkehr.

Bisherige Ansätze konzentrieren sich auf die Zementproduktion selbst: Beimischungen aus Flugasche oder Hüttensand, alternative Zementtypen oder die Abscheidung von CO2 direkt in Zementwerken. ESM verfolgt eine andere Logik: Das Material braucht keinen Brennofen und nutzt CO2 als Baustein statt als Abfallprodukt. Die Forscher nennen als mögliche erste Einsatzgebiete Dachplatten, Wandpaneele und modulare Bauelemente.

Im Maßstab: Hempcrete, Kreuzlagenholz und was ESM anders macht

ESM ist nicht das erste Baumaterial, das als Alternative zu CO2-schwerem Beton entwickelt wurde. Hanfbeton (Hempcrete), eine Mischung aus Hanfschäben und Kalk, gilt als CO2-negativ über seinen Lebenszyklus, weil die Hanfpflanze während des Wachstums deutlich mehr Kohlenstoff bindet als bei Verarbeitung und Transport freigesetzt wird. Hempcrete eignet sich jedoch nicht für tragende Strukturen: Seine Druckfestigkeit liegt zu niedrig für Decken oder Fundamente. Es wird hauptsächlich als Dämmung eingesetzt.

Kreuzlagenholz (CLT) speichert den im Wachstum gebundenen Kohlenstoff langfristig im Holz selbst. Das Umweltbundesamt schätzt, dass Holzgebäude im Vergleich zu Beton erhebliche CO2-Mengen einsparen, wenn nachhaltig bewirtschafteter Wald nachwächst. CLT wird heute in Deutschland, Österreich und der Schweiz für mehrstöckige Gebäude eingesetzt. Schwierigkeit: Brandschutzauflagen und die begrenzte Verfügbarkeit von Bauholz begrenzen die Skalierbarkeit.

ESM ist damit das erste beschriebene Material, das sowohl CO2-negativ als auch druckfest genug für strukturelle Anwendungen ist. Der entscheidende Unterschied zu Holz und Hanf: ESM braucht keine landwirtschaftliche Fläche. Es bindet CO2 direkt aus der Luft, unabhängig vom Standort oder der Jahreszeit.

Was den globalen Einsatz noch verhindert

ESM ist ein Laborerfolg, noch kein Bauprodukt. Zwischen der Veröffentlichung in Matter und dem Einsatz auf Baustellen stehen mehrere Hürden.

Erstens Skalierbarkeit: Das Enzym muss in industriellen Mengen produziert werden können, ohne dass die Kosten die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Beton zunichtemachen. Zementklinker kostet aktuell rund 80 Euro pro Tonne. Jedes Alternativmaterial muss in dieser Größenordnung bleiben, um auf dem Massenmarkt relevant zu werden.

Zweitens Langzeitverhalten: Die Studie beschreibt Druckfestigkeit und CO2-Bindung im Labor, macht aber keine Aussagen zu Verhalten unter Feuchtigkeit, Frost oder Salz über Jahrzehnte. Beton ist seit Jahrhunderten im Einsatz; ESM seit wenigen Monaten im Labor.

WPI hat nach Angaben der Universität Gespräche mit Industriepartnern aufgenommen, um das Material aus dem Labor in Pilotprojekte zu überführen. Ob und wann ESM den Weg in reguläre Bauvorhaben findet, wird von der Skalierbarkeit des Enzym-Herstellungsprozesses abhängen. Die Bauindustrie ist eine der innovationsresistentesten Branchen weltweit: Neue Materialien benötigen dort von der Laborstudie bis zur Marktzulassung typischerweise zehn bis zwanzig Jahre.