Bakterien und Pilze sind der neueste Trumpf im Kampf gegen den Verfall unserer Gebäude

In einer Zukunft, die immer näher zu rücken scheint, werden Häuser, Viadukte, Plätze und Straßen durch Pilze und Bakterien geschützt sein , die sich zwischen Ziegeln und Zement vermehren. Klingt das für Sie unwirklich? Für Bioingenieure ist die Verwendung von lebenden Mikroorganismen jedoch eine Alternative zur Verlängerung der Widerstandsfähigkeit von Baumaterialien, die vielversprechende Ergebnisse zeigt. Historisch gesehen geht die Suche nach dauerhaften Lösungen bis ins alte Rom zurück, wo Beton aus Vulkanasche und Branntkalk (Kalziumoxid) bereits nachgewiesen wurde.

Der Trend deutet auf die zunehmende Verwendung von so genanntem selbstreparierendem Beton sowohl in Städten als auch in der Industrie hin. Die Verschlechterung von Betonstrukturen - von kleinen Rissen bis hin zu größeren Schäden - kann zu ernsthaften Unterbrechungen und Reparaturen mit erheblichen Kosten führen.

Laut der Präambel des Berichts "Self-Healing Materials 2025-2035" des internationalen Beratungsunternehmens IDTechEx verlieren die Industrieländer jedes Jahr etwa 3 % ihres BIP aufgrund von Problemen im Zusammenhang mit Korrosion und Zersetzung von Materialien. Die selbstheilende Industrie versucht, genau bei Mikrorissen anzusetzen, d. h. bevor sich der Schaden ausbreitet und größere Verluste verursacht.

Die Heilkraft der Mikroorganismen

Forscher in den Niederlanden gehören zu den Pionieren bei der Verwendung von Bakterien zur Herstellung von Beton- und Mörtelsorten, die durch Abnutzung verursachte Schäden an Materialien reparieren können. Die an der Technischen Universität Delft entwickelte Technologie ist für den Einsatz im Bauwesen konzipiert und verspricht die Regeneration, die Senkung der Wartungskosten und die Verlängerung der Lebensdauer von Brücken, Gebäuden und Straßeninfrastruktur.

Forscher in den Niederlanden gehören zu den Pionieren bei der Verwendung von Bakterien zur Herstellung von Beton- und Mörtelsorten, die durch Materialverschleiß verursachte Schäden reparieren können. Die an der Technischen Universität Delft entwickelte Technologie ist für den Einsatz im Bauwesen konzipiert und verspricht die Regeneration, die Senkung der Wartungskosten und die Verlängerung der Lebensdauer von Brücken, Gebäuden und Straßeninfrastruktur.

Dies ist ein bemerkenswerter Fortschritt, dessen Ergebnisse bereits in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurden. In der Studie wiesen die Forscher nach, dass Risse mit einer Größe von nur fünf Millimetern innerhalb von 14 Tagen geschlossen wurden und die Haltbarkeit der Gebäude um bis zu 70 Jahre erhöht werden konnte.

Das Team von Bioingenieuren kam zu dem Schluss, dass diese Bakterien, die von Natur aus alkaliphil sind, im Beton schlummern und erst aktiv werden, wenn Wasser durch die Risse eindringt. Wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt sind, wachen die Mikroorganismen auf und beginnen, den Kalkstein zu produzieren, der die Risse füllt.

Labortests haben gezeigt, dass die Festigkeit des Betons nach der bakteriellen Reparatur wieder 93 % seines ursprünglichen Werts erreicht hat. Die Wasserdurchlässigkeit hingegen wurde um 96 % reduziert, wodurch die Materialien vor Korrosion geschützt wurden. Die Fortschritte bei dieser Technologie bedeuten nicht nur eine Senkung der Kosten und eine Verbesserung der Sicherheit. Sie können auch den CO2-Fußabdruck der Bauindustrie erheblich verringern, da sie wenig Wartung erfordern und weniger Beton produziert werden muss.

Um von der Bauindustrie in großem Maßstab übernommen zu werden, muss das Konzept jedoch noch einige Herausforderungen bewältigen. Erstens sind die anfänglichen Kosten höher als die von herkömmlichem Beton. Außerdem sind Langzeittests erforderlich, um die Widerstandsfähigkeit und Wirksamkeit des Materials bei ungünstigen Witterungsbedingungen zu bewerten. Doch die Begeisterung der Forscher ist ungebrochen, denn sie sind überzeugt, dass dies eine vielversprechende biologische Lösung für die Gestaltung komplexer oder leichterer Strukturen ist und sogar Möglichkeiten für gewagtere architektonische Entwürfe eröffnen könnte.

Ihr Potenzial hat sogar die Aufmerksamkeit der NASA erregt, die diese Technologie als mögliche Lösung für den Bau von Strukturen auf dem Mars betrachtet, wo die manuelle Wartung eine extreme Herausforderung darstellen würde.

Regenerierende und reinigende Pilze

Forscher der Montana State University in den USA haben außerdem ein regeneratives Baumaterial aus Pilzmyzel und Bakterienzellen entwickelt, das über lange Zeiträume hinweg überleben kann. Da Zement allein für fast 8 % der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich ist, könnte die Innovation nach Ansicht des Teams den Weg für nachhaltigere und klimaangepasste Bausysteme ebnen. Die Studie zeigte, dass Bakterien, die über einen längeren Zeitraum aktiv bleiben, mehrere nützliche Funktionen erfüllen können, wie etwa die Selbstreparatur von Strukturschäden und den Abbau von Umweltschadstoffen.

Für die Forschung verwendeten die Wissenschaftler Pilzmyzel der Art Neurospora crassa und Sporosarcina pasteuri-Bakterien. Die biologische Lösung wurde für die Konstruktion von "Pilzgerüsten" verwendet, die die Entwicklung komplexer Formen ermöglichen, die an die vielfältigen Anforderungen der modernen Architektur und Werkstofftechnik angepasst sind. Sie haben sich im Wesentlichen dafür entschieden, interne Geometrien zu entwerfen, die dem kortikalen Knochen ähneln, aber sie beabsichtigen, in Zukunft auch andere Morphologien zu entwickeln.

Die Forscher hoffen, dass ihre neuen Biomaterialien eine umweltfreundlichere Alternative zu kohlenstoffintensiven Baumaterialien wie herkömmlichem Zement werden könnten. Der nächste Schritt besteht darin, die Technologie mit effizienteren Methoden für die großtechnische Produktion zu verbessern.

Heilende Kristalle in Aktion

An der Universität Bath in England züchten Forscher außerdem mehrere Bakterienarten, die sich gut an eine kalk- und kalkhaltige Umgebung anpassen. Ziel ist es, einen Biobeton zu entwickeln, der einer ähnlichen Logik folgt wie das in den Niederlanden entwickelte Projekt: mit Hilfe von Mikroorganismen, die in der Lage sind, Risse in Gebäuden zu kristallisieren und die durch Erosion verursachten Schäden im Laufe der Zeit zu reparieren.

Der große Vorteil dieses Materials ist seine Regenerationsfähigkeit. Die Bakterien arbeiten wie fleißige Arbeiter und füllen die Risse mit einer Schicht aus Mineralien auf. Am Ende der Arbeit bleibt nur eine Narbe zurück, die praktisch nicht wahrnehmbar ist. Das ist die Zukunft der Baustoffe, die in den Forschungslabors auf der ganzen Welt aufkeimt. Es stimmt, dass sich selbstreparierende Technologien noch in der Entwicklung befinden. Aber der Markt ist sehr vielversprechend und wird nach Ansicht der Analysten von IDTechEx im nächsten Jahrzehnt exponentiell wachsen.

Quellenhinweis:

Michał Szczepanik, Anna M. Kaźmierowska, Jarosław M. Michałowski, Marek Wypych, Andreas Olsson & Ewelina Knapska. Observational learning of fear in real time procedure. Scientific Reports.

Ethan Villes, Ethan Heynema, Robin Gerlach. et al. (2025). Mycelium as a scaffold for biomineralized engineered living materials. Cell Reports Physical Science, 6(4). DOI: 10.1016/j.xcrp.2025.102517

Conor O’Brien. Self-Healing Materials 2025-2035: Technologies, Applications, and Players. IDTechEx

Using bacteria to create spontaneous self-healing concrete. University of Bath.