Biobeton aus Urin
Mikroorganismen als Baustoffproduzenten
Urin als Baustoff klingt zunächst wie ein unglaubliches Experiment. An der Universität Stuttgart entsteht daraus jedoch ein mineralischer Baustoff mit überraschend hoher Festigkeit. Mehrere Institute entwickeln dort einen Biobeton, der keinen Zement zur Verfestigung benötigt. In dem Projekt wird untersucht, ob sich Beton künftig auch biologisch herstellen lässt und damit deutlich weniger CO2 verursacht.
Galerie
Im Forschungsprojekt SimBioZe an der Universität Stuttgart wird untersucht, wie Mikroorganismen aus Sand und Urin einen festen, betonähnlichen Baustoff erzeugen.
Bild: Universität Stuttgart / ILEK / IMB / ISWA
01|03
Zementalternative gesucht
Beton gehört zu den wichtigsten Baustoffen der Gegenwart und zugleich zu den größten Klimaproblemen des Bauens. Rund sieben bis acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen entstehen bei der Zementherstellung. Der Grund liegt im Herstellungsprozess selbst. Kalkstein muss bei 1.450 °C gebrannt werden. Neben dem hohen Energiebedarf sind auch die unvermeidbaren Kohlendioxidemissionen aus den chemischen Reaktionen ein Problem.
Seit Jahren sucht die Forschung nach Alternativen. Biomineralisierte Baustoffe galten lange als vielversprechend, blieben jedoch meist auf geringe Festigkeiten beschränkt. Tragende Anwendungen im Hochbau waren damit kaum denkbar. Genau hier setzt das interdisziplinäre Forschungsteam der Universität Stuttgart an. Im Projekt SimBioZe (Simultane Biozement- und Düngemittelherstellung aus Abwasser) steht ein bislang unbeachteter Rohstoff im Fokus: menschlicher Urin. Obwohl er neben Harnstoff und Wasser auch mineralische Bestandteile enthält, wird er bislang fast vollständig entsorgt.
Das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) unter der Leitung von Prof. Lucio Blandini entwickelt die bautechnischen Grundlagen des Materials. Das Institut für Mikrobiologie (IMB) untersucht die mikrobiellen Prozesse der Mineralbildung und das Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) erforscht, wie sich der Rohstoff aus realen Abwasserströmen gewinnen lässt und welche Verarbeitungsschritte nötig sind. In der zweiten Projektphase beteiligt sich zudem das Zentrum Ökologischer Landbau der Universität Hohenheim. Gefördert wird das Vorhaben vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg.
Galerie
Im Forschungsprojekt SimBioZe an der Universität Stuttgart wird untersucht, wie Mikroorganismen aus Sand und Urin einen festen, betonähnlichen Baustoff erzeugen.
Bild: Universität Stuttgart / ILEK / IMB / ISWA
01|03
Vom Abfall zum Baustoff
Statt Zement einzusetzen, erzeugen die Forschenden das Bindemittel durch einen biochemischen Prozess. Sie mischen abgestufte Quarzsande mit einem bakterienhaltigen Mineralpulver und füllen die Mischung schichtweise in verschiedene Schalungen. Anschließend spülen sie das Bauteil über mehrere Tage automatisiert mit calciumangereichertem Urin. Die eingesetzten Mikroorganismen besitzen ein Enzym, das Harnstoff chemisch zerlegt. Dabei entsteht Carbonat. Trifft dieses auf Calcium, wachsen Calciumcarbonatkristalle. Sie lagern sich direkt an die Sandkörner an und verbinden sie miteinander. Nach drei Tagen ist der mineralische Körper fest.
Wichtig ist, die biologische Aktivität stabil zu halten. Dies ermöglicht einerseits das urease-aktives Calciumcarbonat-Pulver, in dem die Mikroorganismen mineralisch eingebettet sind. So lassen sie sich besser lagern und werden während des Spülprozesses nicht selbst ausgespült. Dazu reguliert ein computergesteuertes Stop-Flow-Injektionsverfahren Durchfluss, Druck und Reaktionsdauer. Die Urinlösung wird in regelmäßigen Zeitabständen erneuert, je nach Konzentration und Versuchsaufbau.
Galerie
Im Forschungsprojekt SimBioZe an der Universität Stuttgart wird untersucht, wie Mikroorganismen aus Sand und Urin einen festen, betonähnlichen Baustoff erzeugen.
Bild: Universität Stuttgart / ILEK / IMB / ISWA
01|03
Wie fest kann Biobeton werden?
Die Ergebnisse markieren einen deutlichen Schritt in Richtung bautechnischer Anwendbarkeit. Mit technischem Harnstoff erreichen die Proben Druckfestigkeiten von über 50 MPa, einzelne Messwerte liegen bei rund 60 MPa. Auch mit menschlichem Urin wurden bereits Druckfestigkeiten bis zu etwa 60 MPa erreicht, also in einem Bereich, der prinzipiell tragende Anwendungen wie Mauersteine möglich macht.
Entscheidend ist dabei nicht nur die maximale Festigkeit, sondern auch die Frage, wie gleichmäßig sich das Material über eine Bauteildicke verfestigt. In den Versuchen konnten Bauteile mit homogener Verfestigung über Tiefen von etwa 15 Zentimetern hergestellt werden. Untersuchungen mit Rasterelektronenmikroskopen zeigen eine wenige Mikrometer dünne Kalkschicht, die jedes einzelne Sandkorn umhüllt. Aus vielen kleinen Kristallbrücken entsteht ein zusammenhängendes mineralisches Gefüge. Der Herstellungsprozess benötigt kein zusätzliches Trinkwasser. Der Urin liefert bereits die notwendige Flüssigkeit. Aktuelle Untersuchungen konzentrieren sich auf Dauerhaftigkeitstests in Frost-Tau-Versuchen sowie auf den Einfluss möglicher Störstoffe im Urin auf die mikrobiellen Prozesse.
Ergänzung statt Ersatz
Der Biobeton soll konventionellen Beton nicht vollständig ersetzen. Vielmehr soll das Material dort eingesetzt werden, wo standardisierte Bauteile, vorgefertigte Elemente oder Mauerwerkssteine gefragt sind. Materialwissenschaftlich lässt sich der Werkstoff zwischen Ziegel, poröser Keramik und Beton einordnen. Er übernimmt tragende Funktionen und bindet Kohlenstoff in mineralischer Form.
Erste Versuche unter realen Bedingungen
Die größte Herausforderung ist aktuell die Hochskalierung des Prozesses. Für einen Kubikmeter Biobeton werden derzeit etwa 26.000 Liter Urin benötigt. Dieses Verhältnis versuchen die Forschenden zu reduzieren. Zugleich fehlt bislang eine Infrastruktur, um den Rohstoff in ausreichenden Mengen zu sammeln. Ein Demonstrator war nach einer Urin-Sammelaktion im Januar 2026 auf der Tourismusmesse CMT in Stuttgart geplant. Die Stabilisierung des gesammelten Urins gelang jedoch nicht ausreichend. Ein Großteil des Harnstoffs ging verloren, ein Bauteil konnte nicht hergestellt werden. Als nächster Schritt entsteht nun eine Sammel- und Aufbereitungsanlage am Flughafen Stuttgart. Dort soll erstmals die komplette Prozesskette unter realen Bedingungen getestet werden. Ziel ist die Herstellung eines Bauteils aus Biobeton als Demonstrator.
Fachwissen zum Thema
Deutsche Zement- und Betonindustrie vertreten durch das
InformationsZentrum Beton | Kontakt 0211 / 28048–1 | www.beton.org
