Aus zerkleinerten Windeln hergestellter Beton ist genauso stabil und spart Platz auf der Deponie

Gebrauchte Windeln können bis zu 40 Prozent des Sandes ersetzen, der normalerweise bei der Betonherstellung verwendet wird, was die Kosten senkt und verhindert, dass mehr Müll auf Mülldeponien landet

In einem Versuch, zwei Umweltprobleme gleichzeitig zu lösen, haben Forscher der Universität Kitakyushu in Japan herausgefunden, dass zerkleinerte Windeln verwendet werden können, um zwischen 9 und 40 % des bei der Betonherstellung verwendeten Sandes zu ersetzen, ohne seine Festigkeit zu verringern. Wegwerfwindeln sind eine wachsende Quelle nicht wiederverwertbarer Abfälle, und die Zementproduktion ist für fast 7 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich und verbraucht jedes Jahr rund 50 Milliarden Tonnen Sand.

Der mit Windeln angereicherte Beton wurde zum Bau eines kleinen Hauses in Indonesien verwendet, um zu zeigen, wie diese Art von Abfall von Mülldeponien abgeleitet werden kann, um erschwinglicheren Wohnraum in Gemeinden mit niedrigem und mittlerem Einkommen zu schaffen.

Siswanti Zuraida, Bauingenieurin an der Universität Kitakyushu, begann das Projekt während ihrer Vorlesung am Bandung Science Technology Institute in der Nähe von Jakarta. Obwohl die Bevölkerungszahl in wohlhabenden Ländern oft stagniert und abnimmt, wird die Bevölkerung in Indonesien und anderen Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen weiter wachsen – was zu mehr Babys, mehr Windeln und einer höheren Nachfrage nach preisgünstigem Wohnraum führen wird.

„Es kommt vor allem auf die Ressourcenverfügbarkeit an“, sagt Zuraida. „Mit dem Bevölkerungswachstum wird auch der Windelabfall zunehmen. Das ist eine Herausforderung, deshalb dachten wir, dass dies ein Teil unseres Beitrags zum Recycling dieses Abfalls sein würde.“

Einwegwindeln werden typischerweise aus Zellstoff, Baumwolle und superabsorbierenden Polymeren hergestellt, von denen geringe Mengen nachweislich die mechanischen Eigenschaften von Beton verbessern. Mit der Finanzierung eines in Jakarta ansässigen Abfallentsorgungsunternehmens namens Awina machte sich Zuraida daran, herauszufinden, wie viel Sand gegen zerkleinerte Windeln ausgetauscht werden könnte, um nützlichen Beton und Mörtel herzustellen.

Zunächst beschafften die Forscher die Windeln vor Ort – Zuraida hat selbst ein Kleinkind. Nachdem die Windeln gewaschen, getrocknet und zerkleinert worden waren, wurde das resultierende Material mit Zement, Sand, Kies und Wasser vermischt. Das Team testete verschiedene Mischungen und ersetzte bis zu 40 % des Sandes im Beton.

Nach einem Monat Aushärtezeit wurden die Proben einem Drucktest unterzogen, um den Bruchpunkt des Verbundmaterials zu bestimmen. Aus diesen Messungen berechneten Zuraida und ihre Kollegen den maximalen Anteil an Windelabfällen, der den Anforderungen der Gebäudekomponenten gerecht werden könnte.

Je mehr Windelabfälle im Beton vorhanden sind, desto geringer ist die Druckfestigkeit. Strukturbauteile wie Säulen und Balken benötigten daher einen geringeren Anteil an zerkleinerten Windeln als architektonische Elemente wie Wände und Betonblöcke. Für ihren Prototyp eines einstöckigen Hauses berechneten die Forscher, dass 27 % des Sandes durch Windelabfälle ersetzt werden könnten. Wenn das Haus jedoch drei Stockwerke hoch wäre, müsste der Anteil auf 10 % sinken.

In Architekturbauteilen könnten bis zu 40 % des Sandes durch Windelabfälle ersetzt werden, wobei der Anteil bei Betonwandplatten am höchsten sei. In Bodenbelägen und Gartenpflastersteinen, die stärker als Wände sein müssen, um Baunormen zu erfüllen, könnten nur 9 % des Sandes durch Windeln ersetzt werden.

Anschließend verwendeten die Forscher ihren mit Windeln angereicherten Beton, um ihr Versuchshaus nach indonesischen Baustandards zu bauen. Das Haus war klein; Der Grundriss betrug insgesamt nur 36 Quadratmeter, was einer Größe von etwa 2,5 PKW-Stellplätzen entspricht. Um den Bauprozess zu beschleunigen, verwendeten die Forscher Windelbeton für die Architekturkomponenten und Metallträger für die Strukturkomponenten.

Insgesamt wurden im Haus rund 1,7 Kubikmeter Windelabfälle verbraucht, was etwa 8 % des gesamten Verbundstoffvolumens ausmachte.

Um Wert aus nicht abbaubarem Abfall zu gewinnen, „ist es ein schönes und wirklich lohnendes Stück innerhalb eines schrittweisen Prozesses“, sagt Christof Schröfl, ein Chemiker, der an der Technischen Universität Dresden in Deutschland nach nachhaltigen Baumaterialien forscht.

Er warnt jedoch davor, dass der Transport der Windelabfälle zu Verarbeitungsbetrieben oder Baustellen „ziemlich lange Transportwege erzeugen“ könnte und dass sich das Team, wenn es die Umweltfreundlichkeit seines Billighauses erhöhen wollte, für Wände aus Holz entscheiden könnte. Verbundwerkstoffe statt Beton.

Zuraida stimmt zu, dass die Trennung der Windeln aus dem Abfallstrom der schwierigste Teil bei der Umsetzung ihrer Arbeit in die reale Welt wäre. Indonesien erzeugte im Jahr 2021 20 Millionen Tonnen Abfall, wovon rund 10 % der Kunststoffe recycelt wurden. „In der kommunalen Abfallwirtschaft gibt es kein unterstützendes System zur Trennung von Windeln“, sagte Zuraida. „Plastikflaschen trennen sie derzeit, weil sie sich relativ leicht recyceln lassen, aber die Windeln landen normalerweise in der Verbrennung.“

Dieser Artikel wird mit Genehmigung reproduziert und erstmals am 20. Mai 2023 veröffentlicht.

Elissa Welleist Wissenschaftsreporter für Nature.

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