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Dr. Birgit Funk

FuturBeton ermöglicht Bauteile
von unbegrenzter Haltbarkeit

«ZOZ-Group in Wenden mit neuer Betontechnologie für die Bauwirtschaft»

Wenden - Eine Antwort auf die Frage nach ressourcenschonenden Produkten ist die Entwicklung neuer und effizienter Technologien. Der ZOZ-Gruppe in Wenden ist es gelungen, einen neuartigen Beton zu entwickeln, bei dem höchste Korrosionsbeständigkeit zu Bauteilen mit unbegrenzter Haltbarkeit führt. „Im Bereich des Bauwesens ist FuturBeton desshalb eine der grössten Innovationen der letzten Jahrzehnte,“ sagte Oskar Loewe, Vorstand bei Deutscher Arbeitgeber Verband e. V., selbst Ingenieur und technischer Sachverständiger. Beim neuartigen FuturBeton der ZOZ-Gruppe verbinden sich attraktive und interessante Eigenschaften mit der effizienten Verarbeitung von industriellen Reststoffen zu einem unvergleichlichen Produkt. Mittels intelligenter Technologie werden diese zu einem Wertstoff aufbereitet und ergeben den hochfesten und widerstandsfähigen FuturBeton. Hier zeigt sich, dass die neue Technologie eine höhere Leistungsfähigkeit und völlig neue Möglichkeiten im Bauwesen eröffnet und kostengünstiges Bauen bei signifikanter Materialersparnis ermöglicht. Mit FuturBeton wurden von Fassaden bis hin zu Brücken schon konkrete Bauprojekte verwirklicht.

Beim Bauen stellt sich nicht nur die Frage, wo oder wie man baut, sondern auch womit. „Beton“ ist meistens der erste und auch fast immer richtige Gedanke, aber Beton ist nicht gleich Beton. Hier gibt es deutliche Unterschiede, vor allem in Hinsicht auf die Bestandteile, denn die modernen Baustoffe zeigen, dass Beton mehr ist als das allbekannte System Zement, Zuschlag und Wasser. Dies ergibt sich aus der steigenden Ressourcenknappheit und dem wachsenden Bedarf an Arbeits- und Lebensräumen. Da mehr gebaut wird, müssen die eingesetzten Materialien effizienter werden, um bei gleicher Menge mehr zu erzielen. Hier kommen mittlerweile auch chemische Zusätze und feinste Füllstoffe ins Spiel, denn auch bei Beton ist die Anwendung der ausschlaggebende Faktor für die zu wählende Zusammensetzung. Doch die Verwendung von speziell angefertigten Füllstoffen ist zumeist kostenintensiv auch aufgrund der großen Menge, die für den Beton benötigt wird. Sinnvoller wäre also, recycelte Reststoffe zu verwenden, was gleichzeitig von ökonomischem und ökologischem Nutzen wäre, da hierfür keine neuen Rohstoffe abgebaut werden müssten und aufwändige Entsorgung entfällt.

Zement: Hochenergie-Produkt und Klimakiller?

Die für Beton notwendigen Zemente werden durch Brennen bei ca. 1400°C hergestellt. Bei diesem Brennvorgang wird Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Zusammengerechnet verursacht die Zementindustrie dadurch 5-8% des global freigesetzten CO2 (ZDF 2018). Um diesem entgegen zu wirken ist die Verringerung des Zementanteils in Beton ein guter Schritt. Dieses kann auf mehrere Art und Weise geschehen. Zum einen durch eine optimale Zusammensetzung des Betons bis hin zur Füllung der kleinsten Hohlräume, denn dadurch können sich Risse schlechter ausbreiten und das Material hält länger Belastungen stand. Zum anderen durch Ersatz des Zements durch gleichwertige Produkte mit geringerem CO2-Anteil bei der Herstellung. Der sogenannte Hüttensand ist hierfür bedingt geeignet, gemahlene Schlacke aus den Hochöfen der Eisenherstellung, also „Abfall“. 1880 wurde Hüttensand erstmalig in einem Zement mit hoher Festigkeit verwendet. Dabei fungierte er hauptsächlich als Füllstoff. Heute werden hüttensandhaltige Baustoffe meistens in massiven Bauteilen eingesetzt oder in Bereichen, wo hochdichte Oberflächen notwendig sind, wie z.B. in der Abwassertechnik.

Abfall von gestern für den Neubau von morgen

Allgegenwärtig ist der Ruf nach Recycling von Reststoffen, bzw. Abfallprodukten. Was bei Kunststoff, Glas und Papier bereits bekannt ist, ist der Allgemeinheit eher nicht geläufig, wenn es um Zement und Beton geht. Aber auch im Bausektor werden recycelte Reststoffe eingesetzt und schon lange wird im Zement Hüttensand verwendet. Leider reagiert Hüttensand nicht so gut mit Wasser, wie der Zement selbst und ist daher nicht zum vollständigen Ersatz von Zementen in Beton und damit auch nicht für jeden Beton geeignet. Für FuturZement, einem Bestandteil von FuturBeton, wird Hüttensand durch Hochenergiemahlung speziell aufbereitet (nanostrukturiert), damit er schneller aushärtet und dadurch Zement in großem Maße ersetzen kann. Dabei erzielt FuturBeton Härten, die dreimal höher sind, als die von normalem Beton aus Zement, Wasser und Zuschlag und kann für völlig neue Einsatzbereiche verwendet werden. Gleichzeitig ist die Aufbereitung des Hüttensands kosteneffizient und es wird durch den Prozess selbst kein CO2 direkt emittiert. Somit können durch die hier verwendete spezielle Aufbereitung des Hüttensands Rohstoffe und CO2 (hier 20%!) eingespart und die Deponien entlastet werden.

Hochenergiemahlung: Kollisionen statt Reibung

Hochenergiemahlen ist ein Prozess, wo im Gegensatz zum klassischen Mahlen, bei dem das Ausgangsmaterial nur durch ständiges Reiben zerkleinert und verfeinert wird, neue Materialien mit neuen Eigenschaften durch Kollisionen, also Schläge, hergestellt werden. Das wäre in etwa wie der Unterschied eines Hammers zu Sandpapier für die Herstellung kleinster Teilchen: der Hammer ist schneller und effizienter als das Sandpapier bedingt durch Schlagbeanspruchung. Durch diesen Vergleich zeigt sich deutlich, wieviel Energie mehr durch die Hochenergiemahlung in das Mahlgut eingebracht wird. In Zahlen gesprochen: fast das Zehnfache mehr, denn die Kugeln in einer Hochenergiekugelmühle des Typs Simoloyer® erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 16m/s, während die Kugeln in herkömmlichen Kugelmühlen 5m/s erreichen. Die Zoz GmbH baut und vertreibt solche Hochenergiekugelmühlen, deren Leistungsfähigkeit über die von gängigen Mühlentypen hinausgeht, durch einen horizontalen Rotor, der die Mahlkugeln und das Mahlgut um ein Vielfaches beschleunigt und damit zu Kollisionen zwischen beidem führt. Dieses eröffnet völlig neue Möglichkeiten, wie in diesem Fall hier.

FuturBeton: kostengünstige Hochleistung

In der heutigen Zeit wachsen die Ansprüche an Beton, bedingt durch die steigende Bevölkerungszahl weltweit und den damit verbundenen Platzbedarf. Hochleistungsbeton erfüllt diese Anforderungen, FuturBeton ist pro forma ein solcher, da er neben der hohen Druckfestigkeit auch widerstandsfähig ist gegen das Eindringen von z.B. sauren Regen, Abwässer oder auch Regenwasser, was bei Frost zu Schäden führen kann. Dadurch ist FuturBeton nahezu unendlich haltbar. Er kann nach 14-16h ausgeschalt und transportiert werden und ist durch seine Eigenschaften hervorragend geeignet im Hochbau, im (Ab-)Wasserbau, in der Landwirtschaft, bei Windkraftanlagen u.v.m. Betrachtet man den Energieverbrauch und die damit verbundenen Prozesskosten, kostet FuturBeton dabei ca. 7€ mehr als herkömmlicher Beton, was ihn konkurrenzfähig zu Hochleistungs- und Ultrahochleistungsbeton werden lässt. Neben den technischen Vorteilen ist FuturBeton auch für ästhetische Zwecke zu verwenden, er besitzt eine gute Abformbarkeit bei einer ansprechenden Oberfläche. Neben Bauelementen wurde FuturZement mit abgewandelter Rezeptur auch in dekorativen Elementen eingesetzt.

Die Brücke Rosenthal: FuturBeton im Einsatz

Die Stärken von FuturBeton zeigen sich auch in der „Brücke Rosenthal“, einer Rad- und Fußgängerbrücke in der Nähe von Olpe, die im Rahmen des Baus eines neuen Radwegs aus einer ehemaligen Eisenbahnbrücke neu errichtet wurde. Hierfür wurde eine Platte als Lastträger im Rahmen eines BMBF-Projekts hergestellt. Dafür wurden 1,5 t nanostrukturierter Hüttensand hergestellt, der dann als Schlüsselkomponente eingesetzt wurde. Die Dicke der Platte von 30 cm ist aber aufgrund von Vorgaben so gewählt worden. Es hätten auch 30-40% weniger Material bei gleichbleibenden Eigenschaften verwendet werden können (H. Zoz, Zoz GmbH und R. Trettin, Uni Siegen). Dennoch ist die Brücke ein gutes Beispiel für eine ressourceneffiziente Hochleistungsbauweise bei deutlicher Einsparung von CO2 mit deutlichem Potential nach oben. Bei der Entwicklung von FuturBeton wurde das Up-Scaling vom Labormaßstab (2L) auf den kontinuierlichen halbindustriellen Maßstab (100L) erfolgreich durchgeführt. Dabei wird bei Betrieb der technischen Anlage kein Staub emittiert bei zugleich niedrigem Lärmpegel. Beides unterstreicht erneut den innovativen und umweltverträglichen Charakter der Technologie selbst.

Fazit

FuturZement ist ein innovativer leistungsfähiger Zement für den Baustoff der Zukunft. FuturBeton ist ein Hochleistungsbeton für hohe Ansprüche mit hoher Festigkeit und gemacht für die Ewigkeit. Mit diesen Produkten eröffnet die Zoz GmbH der internationalen Bauindustrie eine völlig neue Perspektive hinsichtlich ökologisch und ökonomisch effizienten Bauens. Die Technologie des mittels Hochenergiemahlen mechanisch aktivierten Hüttensands und dem damit hergestellten FuturBeton ist bahnbrechend und stellt einen Quantensprung im Bereich der kosteneffizienten Hochleistungsbaustoffe dar. Mit diesem Produkt können heute und in Zukunft Material, CO2, Kosten, Platz und Zeit eingespart werden und das bei nur 7€ Prozessmehrkosten pro Tonne Beton, die sich sehr schnell durch die Einsparung an Material, Kosten, Platz und Zeit amortisieren.

Zoz GmbH

Die Zoz GmbH ist das Kern- und Werkstoff-Unternehmen der Zoz Group und ein global operierender Maschinen- und Anlagenbauer im Bereich der mechanischen Verfahrenstechnik mit mehr als 25 Jahren Erfahrung auf diesem Gebiet. Wenn es um die Herstellung nanostrukturierter Werkstoffe geht, dann ist die Zoz GmbH weltweiter Marktführer und Globaler Player. Dies nicht nur im Anlagenbau, sondern auch bei der Entwicklung und Herstellung von Nanostrukturen in Pulvern, Schichten oder Bauteilen, die durch Mechanisches Legieren und andere Hochkinetische Prozesse entstehen. Aufgrund der Expertise in Energiespeicher-Werkstoffen und Energiespeichern inklusive Integration und Antriebstechnik ist Zoz mittlerweile zur renommierten Adresse geworden, wenn es um wirtschaftliche Verwendung erneuerbarer Energien für mobile und stationäre Anwendungen geht (H2-Mobilität, grundlastfähiges CO2-freies Kraftwerk). Die Zoz GmbH steht in der Liste der Hidden Champions (2013, IHK) und unterliegt seit 2016 der ständigen Überwachung durch das Bundesamt für Ausfuhrkontrolle.

15. September 2018


Dr. Birgit Funk

Dr. Birgit Funk ist Diplom-Chemiker und arbeitet für die Zoz Group in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Zoz GmbH als wissenschaftlicher Leiter.

Sie studierte Chemie an der Universität Siegen und der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf, wo sie sich hauptsächlich mit dem Thema Organometallchemie beschäftigte und ihre Diplomarbeit über die Synthese neuer sterisch anspruchsvoller Chelatliganden schrieb. Während ihrer Forschung in Bau- und Materialchemie an der Universität Siegen nahm sie am erfolgreichen BMBF-Projekt "FuturZement" teil. Sie promovierte am Institut für Bau- und Werkstoffchemie der Universität Siegen über nanofunktionelle Zement-zusatzmittel. Ihre Hauptaufgabengebiete sind seit ihrer Zugehörigkeit zur Zoz Group die Entwicklung von Hochleistungs-Zink-Lamellen-Pigmenten, Hochleistungs-Zementsystemen und lösungsmittelfreien mechanochemischen Synthesen.

Anfang 2014 zog sie von der Zoz GmbH in Wenden in das nahegelegene Zoz Technology Center in Olpe um. Seit 2017 ist sie wissenschaftliche Leiterin in der
F & E-Abteilung der Zoz GmbH.