Die Idee
Preisgekrönte Idee
Seit 2009 erforscht Dr. Wolfram Schmidt von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) alternative Baustoffe. Gemeinsam mit Kolleg*innen aus Ghana und Nigeria entwickelte er an der Koforidua Technical University (KTU) eine Pyrolyse-Anlage, die aus Biomasse Materialien für die Zement- und Betonproduktion herstellt.
Der Ansatz baut auf früheren Erfahrungen auf: Zwischen 2016 und 2018 errichtete Schmidt mit Partnern bereits ein Musterhaus aus Beton, der Maniokschalenaschen als Bindemittel enthielt – und erhielt dafür 2018 den Deutsch-Afrikanischen Innovationspreis. Heute geht es darum, diese Technologie so weiterzuentwickeln, dass sie in ganz Afrika angewandt werden kann, direkt vor Ort innerhalb von Dorfgemeinschaften im Rahmen lokaler Bauprojekte.
Die Challenge
Klimafreundliche Alternative dringend erforderlich
Die globale Zementproduktion verursacht rund acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen. Ein Großteil entsteht nicht durch Energieeinsatz, sondern durch die chemische Reaktion beim Brennen von Kalkstein. Gleichzeitig wächst Afrikas Stadtbevölkerung rasant. Bis 2050 könnte sie sich nach Schätzungen der OECD von 700 Millionen auf 1,4 Milliarden Menschen verdoppeln.
Das bedeutet: Der Bedarf an Wohnraum – und damit an Beton – wird explodieren. Wenn die Industrie unverändert weiterarbeitet, hätte das gravierende Folgen für das Klima. Eine klimafreundlichere Alternative ist daher dringend erforderlich.
Der Projektansatz
Leicht nachzubauen, skalierbar und kostengünstig
Die Idee, natürliche Materialien für den Bau zu nutzen, ist keineswegs neu. Bereits die Römer erkannten die Vorteile von Naturstoffen und mischten Vulkanasche in ihren Mörtel. Wolfram Schmidt und seine Kolleg*innen an der KTU griffen diesen Nachhaltigkeitsgedanken auf. Gemeinsam entwickelte das Team vor Ort eine kompakte, kostengünstige Pyrolyse-Anlage, die sich leicht nachbauen lässt und deren zugrundeliegende Technik perspektivisch im größeren Maßstab nutzbar ist. In der Anlage verkohlen Nahrungsmittelreste, ohne das Sauerstoff dazugegeben wird. So kann vermieden werden, dass große Mengen CO₂ in die Atmosphäre geraten.
So funktioniert die alternative Betonproduktion mit der Pyrolyse-Anlage
- Vor der Pyrolyse wird die Biomasse in Wasser erhitzt. Hierbei entstehen Stärken und andere Polysaccharide. Sie können Beton ohne weitere Wasserzugabe weicher in der Verarbeitung machen, was zu höheren Festigkeiten führt.
- Pyrolyse-Prozess: In der Anlage verkohlt die Biomasse ohne Sauerstoff, wodurch kaum CO₂ entsteht. Dabei entstehende Gase und Öle können weiterverwendet werden, zum Beispiel als Brennstoff oder als chemisches Vorprodukt für Asphalt.
- Rückstände als Ressource: Die entstandene Pflanzenkohle kann Zement oder Beton beigemischt werden oder als Dünger dienen.
- Verwertung der Asche: In einem nachgeschalteten Prozess verbrennt die Kohle im Ofen zur Asche mit zementähnlichen Eigenschaften. Sie kann Teile des Zements im Beton ersetzen. Die dabei entstehende Energie lässt sich wiederum zum Brennen von Ziegeln nutzen.
So entsteht ein geschlossener Kreislauf, der Emissionen senkt, Abfälle verwertet und Energie zurückgewinnt.
Die Umsetzung
Wissen weitergeben und Praxis anwenden
Das Projekt verfolgte von Anfang an das Ziel, mehrfach nachhaltig zu sein: Die Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH organisierte Schulungen für 100 Studierende vor Ort, die Fachwissen über die Herstellung von klimafreundlichem Zement erlernten und in praktischen Experimenten anwandten. Einige von ihnen sollen prüfen, welches Material am besten geeignet ist, um effiziente Aktivkohle herzustellen.
Die BAM und ihre Partner erforschten die nötigen Materialien für den gesamten Produktionsprozess, um das Wissen später an Unternehmen vor Ort weiterzugeben. Im September 2023 konnten die Projektpartner die Anlage fertigstellen.
Das Ergebnis
- Die Pyrolyse-Anlage in Ghana läuft seit September 2023 zuverlässig. Bereits zwei Tonnen Biomüll wurden seitdem zu Pflanzenkohle verarbeitet.
- Mit der gewonnenen Asche lässt sich potenziell bis zu 25 Prozent des Zements in Beton ersetzen. Der Prozess verursacht kein zusätzliches CO₂ und erzeugt zugleich nutzbare Nebenprodukte wie Wärmeenergie.
- Erste Tests zeigen: Das Verfahren ist praxisnah, kostengünstig und lokal skalierbar.
- Die in Afrika entwickelte Pyrolyse-Technologie liefert wertvolle Erkenntnisse für die deutsche und europäische Bauwirtschaft, die ebenfalls dringend CO₂-Emissionen im Zementsektor reduzieren muss.
- Die Zusammenarbeit mit afrikanischen Partnern vertieft wirtschaftliche Beziehungen, schafft Vertrauen in deutsche Technologien und positioniert Deutschland als Vorreiter für nachhaltiges Bauen weltweit.
Die wichtigsten Erfahrungen
Vom Forschungsprojekt zur marktfähigen Lösung
„Afrikanische Probleme erfordern afrikanische Lösungen“, sagt Wolfram Schmidt. So hat die Nutzung von landwirtschaftlichen Reststoffen gezeigt, wie Abfall zur wertvollen Ressource werden kann. Die enge Zusammenarbeit von Forschung und Wirtschaft hat dazu geführt, dass die Pyrolyse-Anlage nicht nur als Forschungsprojekt, sondern auch als marktfähige, praxisorientierte Lösung entwickelt wurde. Und die Projektverantwortlichen denken schon weiter, allen voran Schmidt selbst: „In einer idealen Welt kann man sich diese Anlage auf einen Pick-up-Truck montiert vorstellen, um gleichzeitig zu produzieren und zu liefern.“
Die Partner
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Die BAM übernahm insbesondere die Forschung, Planung und Entwicklung entsprechender Materialien.
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Koforidua Technical University (KTU)
Die KTU war gleichermaßen für die Forschung, Planung und Entwicklung entsprechender Materialien federführend und stellte den Standort für die Forschungs- und Produktionsanlagen zur Verfügung.
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Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ)
Die GIZ übernahm die Organisation und Durchführung von Schulungen.
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UN-Umweltprogramm (UNEP), VolkswagenStiftung und Projekte des BMFTR
Diese Akteure unterstützten bei der Weiterentwicklung und Skalierung für den afrikanischen Markt.
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Heidelberg Materials
Heidelberg Materials lieferte industrielles Know-how und führte Praxistests zur Übertragbarkeit in die Zementproduktion durch.
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Arup Nigeria
Arup Nigeria stellte Ingenieurs- und Planungsexpertise und bildete die Schnittstelle zur regionalen Bauwirtschaft.
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Umdasch Group Ventures GmbH
Umdasch Group Ventures unterstützte mit Finanzierung und technischen Bauteilen.
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Agentur für Wirtschaft und Entwicklung
Die AWE förderte die Entwicklung der Pyrolyseanlage finanziell.
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