Thermoelektrischer Beton: Wie Gebäude künftig selbst Strom erzeugen könnten
Gebäude gehören weltweit zu den größten Energieverbrauchern und verursachen einen erheblichen Anteil der CO₂-Emissionen. Laut Umweltbundesamt ist allein der Betrieb von Gebäuden in Deutschland für 35 Prozent des Endenergieverbrauchs und auch für 30 Prozent der CO₂-Emissionen verantwortlich.
Forschende suchen deshalb nach Möglichkeiten, Gebäude nicht nur energieeffizienter zu machen, sondern sie selbst zu Energiequellen zu entwickeln. Eine vielversprechende Idee besteht darin, Baumaterialien selbst zur Stromerzeugung zu nutzen. Besonders Zement, der weltweit am häufigsten verwendete Baustoff und Hauptebstandteil von Beton, rückt dabei zunehmend in den Fokus.
Studie aus China: Forschungsteam entwickelt innovativen Energie-Beton
Die zugrunde liegende Studie wurde von einem internationalen Forschungsteam durchgeführt. Die Wissenschaftler sind unter anderem an der Southeast University in Nanjing in China tätig. Die Ergebnisse der Forschung wurden 2025 in der Fachzeitschrift Science Bulletin veröffentlicht. Die Studie gilt als wichtiger Schritt auf dem Weg zu intelligenten Baumaterialien, die Energie nicht nur speichern, sondern auch selbst erzeugen können.
Energie aus Temperaturunterschieden im Gebäude
Viele Bauteile eines Gebäudes stehen ständig im Austausch mit der Umgebung. Außenwände, Straßen oder Dächer erwärmen sich durch Sonneneinstrahlung oder kühlen durch Wind und Wetter ab. Dadurch entstehen Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bereichen eines Bauwerks.
Diese Temperaturdifferenzen lassen sich mithilfe sogenannter thermoelektrischer Effekte in elektrische Energie umwandeln. Das Prinzip ist vergleichbar mit speziellen Generatoren, die Wärme in Strom verwandeln. Wenn dieser Effekt direkt in Baumaterialien integriert wird, könnten Gebäude künftig selbst kleine Mengen Strom produzieren.
Bio-inspirierter Beton als technologische Innovation
Ein Forschungsteam entwickelte dafür einen neuartigen Verbundstoff aus Zement und einem Polymer-Hydrogel. Das Design orientiert sich an der Struktur von Pflanzenstängeln, in denen sogenannte Leitbahnen den Transport von Wasser und Ionen ermöglichen.
In dem neuen Material werden Zementschichten und Hydrogel-Schichten gezielt angeordnet. Diese Struktur schafft Kanäle, durch die bestimmte Ionen besonders schnell wandern können. Gleichzeitig werden andere Ionen an den Grenzflächen stärker gebunden. Dadurch verstärkt sich der thermoelektrische Effekt erheblich.
Deutlich höhere Effizienz als bei bisherigen Zementmaterialien
Durch diese naturähnliche Struktur konnten die Forschenden die Leistungsfähigkeit des Materials deutlich steigern. Die mehrschichtige Struktur verbessert zudem die mechanische Stabilität des Verbundstoffs. Gleichzeitig besitzt das Material eine gewisse Fähigkeit zur Energiespeicherung. Diese Kombination macht den Beton besonders interessant für zukünftige Anwendungen im Bauwesen.
Potenzial für selbstversorgende und nachhaltige Gebäude
Langfristig könnte diese Technologie dazu beitragen, Gebäude teilweise energieautark zu machen. Wände oder andere Bauteile könnten kontinuierlich kleine Mengen Strom aus natürlichen Temperaturunterschieden erzeugen. Diese Energie könnte beispielsweise Sensoren, Monitoring-Systeme oder kleine elektronische Geräte versorgen.
Dadurch ließen sich zusätzliche Stromleitungen und externe Energiequellen reduzieren. Gleichzeitig könnte somit auch der Energieverbrauch von Gebäuden sinken. Aktuell steckt die Technologie noch in der Experimentalphase, und für Anwendungen in der Breite fehlt es noch an konkreten Erfahrungswerten wie beispielsweise zur Langlebigkeit.
Aller Anfang ist aber schwer, und intelligente Baumaterialien könnten aber ein wichtiger Baustein für nachhaltige und klimafreundliche Städte der Zukunft sein.
