Entlang der bundeseutschen Fernstraßen gibt es 39.500 Brücken. Davon bestehen 87%  aus Spannbeton oder Stahlbeton. Im Jahr 2019 befand das Bundesverkehrsministerium, dass zwölf Prozent aller Straßenbrücken in einem „nicht ausreichenden“ oder „ungenügenden“ Zustand waren. Bei vier von fünf untersuchten Großbrücken bleibt wohl nur noch der Neubau. Künftig könnte jedoch durch fortlaufende Reparaturen die Lebensdauer von Brücken und anderen Betonbauten deutlich verlängert werden. Möglich machen das Mikroorganismen, die Calciumcarbonat (Kalk) absondern, und damit genutzt werden können, um Risse und Poren im Beton zu schließen. Das würde Folgeschäden verhindern.

Umweltfreundliche Alternative zu Kunststoffen

Ein Bakterium, das diese Fähigkeit besitzt und weitverbreitet ist, ist Sporosarcina pasteurii. Bislang scheitert ein großflächiger Einsatz des Mikroorganismus’ als Betondoktor jedoch daran, die Einzeller in ausreichend großen Mengen zu wirtschaftlichen Konditionen zu produzieren. Ein Forschungsteam der Hochschule München hat deshalb gemeinsam mit drei Industriepartnern das Projekt „MicrobialCrete“ gestartet, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Das Ziel ist es, eine nachhaltige Alternative zu kunststoffbasierten Instandhaltungsmaßnahmen für Betonstrukturen zu schaffen. Mineralische Ausscheidungen der Bakterien wären umweltfreundlich und basierten überwiegend auf nachwachsenden Rohstoffen.

Bakterien besser verstehen

Die größte Herausforderung für die Wissenschaft ist derzeit noch, dass man einfach zu wenig darüber weiß, wie diese Kalkabsonderungen zustande kommen und unter welchen Kultivierungsbedingungen sich S. pasteurii am schnellsten vermehrt. Nicht zuletzt müssen die Bakterien in der Lage sein, im Beton mit hohen pH-Werten oder auch hohen Chlorid-Konzentrationen zurechtzukommen.

Fünffach produktiverer Prozess

Im Hochdurchsatzverfahren in automatisierten Mikrobioreaktoren testet das Münchener Team deshalb zahlreiche Kombinationen aus Bakterienstämmen und Nährmedium-Zusammensetzungen. Einen ersten großen Erfolg präsentieren die Forschenden um Robert Huber nun im Fachjournal „Scientific Reports“: Ihnen ist es gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem im Vergleich zu bisherigen Methoden die fünffache Menge an Bakterien produziert werden kann. Die Kosten des Nährmediums erhöhten sich dabei nur um vier Prozent.

Neben der Betonsanierung sind die Mikroorganismen grundsätzlich auch geeignet, Schadstoffe wie Schwermetalle zu immobilisieren, Staub im Tagebau zu kontrollieren oder Böden zu verfestigen. Auch diese Einsatzzwecke sollen im Verlauf des Projekts optimiert werden.

bl