D. Lenz
Am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) konnten Forscher nun einen innovativen Baustoff entwickeln, welcher leichter als Plastik und dabei zehnmal härter ist als Stahl. Er gilt als richtungsweisend für die Zukunft und soll vor allem im Brückenbau Einsatz finden. Das Hightech-Material besteht aus wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen, genannt „Graphen-Flocken“. Die Forscher selbst vergleichen die Struktur mit jener von Korallen. Es ist somit fast vollkommen hohl. Durch die geringe Dichte kann das Gewicht stark reduziert werden, ohne an Härte einzubüßen. Zudem weist das Super-Material eine extreme Hitzebeständigkeit auf.
(U.S.A.). Die Suche nach innovativen Baustoffen beschäftigt die Menschheit bereits seit vielen Jahrtausenden. Sei es für Mauern wie die Chinesische Mauer oder Gebäude wie das World Trade Center: Mit den richtigen Baustoffen wurden bereits in der Vergangenheit so einige imposante Bauwerke hervorgebracht. Jedoch nagt an vielen der Zahn der Zeit. Wind und Wetter machen Renovierungen notwendig, Brücken stürzen irgendwann ein und dem World Trade Center wurde die extreme Hitze des brennenden Kerosins zum Verhängnis – eine tragische Geschichte, die wohl jedermann bekannt sein dürfte. Gerade für solche Gebäude könnte in Zukunft aber der neue Hightech-Baustoff zum Einsatz kommen, spekulieren die MIT-Forscher. Denn dieser könnte solche Temperaturen unbeschadet überstehen, ist zugleich zehnmal härter als Stahl und das bei nur fünf Prozent dessen Gewichtes. Das Interessante an der Sache ist: Die Modelle für den innovativen Baustoff stammen aus dem 3D-Drucker. Dies macht noch einmal das extreme Potenzial dieser Technologie deutlich, welches weit über das Drucken von Organen & Co. hinausgeht.
Der aktuelle Forschungsstand klingt vielversprechend, leider konnte der Hightech-Baustoff in ersten Tests nicht die erwartete Leistung bringen. Vor allem die Härte blieb hinter den Berechnungen zurück. Entsprechende Analysen kamen zu dem Ergebnis, dass die Nutzung einzelner Atome für die Struktur zu wenig, sprich zu schwach, war. Die Wissenschaftler entwickelten somit einen neuen Algorithmus, wonach die „Graphen-Flocken“ durch eine Kombination aus Hitze und Druck in kleine dreidimensionale Strukturen gepresst wurden, sodass sich die einzelnen Atome gegenseitig Stabilität geben. Diese neuen, mikroskopisch kleinen Strukturen nannten sie „Diatome“. Und diese Diatome konnten in erneuten Tests tatsächlich die Erwartungen erfüllen und wiesen eine zehnmal größere Stabilität auf als Stahl. Die Antwort auf die Frage lautet also: Noch nicht, denn das angebliche Super-Material befindet sich noch in der Testphase. Sollte es jedoch eines Tages auf den Markt kommen, könnte es die Baubranche tatsächlich revolutionieren.
Diese ist jedoch längst nicht die einzige Revolution, welche im Bereich der Baustoffe in letzter Zeit Schlagzeilen gemacht hat. Wissenschaftler forschen stetig an neuen Materialien mit verbesserten Eigenschaften für unterschiedliche Einsatzzwecke. Ein solcher Einsatzzweck könnte die Panzerung sein. Forscher an der University of Maryland konnten demnach ein neues Super-Material aus Holz fertigen, welches eine solch hohe Stabilität aufweist, dass es nun zur kostengünstigen Panzerung eingesetzt werden soll. Bei der Entdeckung handelt es sich um einen neuartigen Holzwerkstoff mit einer Festigkeit, welche bisherige Baustoffe aus Holz um das Elffache übertrifft. Hierfür wird das Holz stark verdichtet, indem die Forscher es in seine Einzelbestandteile zerlegen, das Lignin entfernen und somit anschließend beim Pressen eine deutlich höhere Dichte erwirken. Somit schwillt der Baustoff nur noch um maximal 8,4 Prozent an und büßt kaum Festigkeit ein – selbst, wenn er für fünf Tage am Stück extremer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt wird. In ersten Tests konnte sich das Hightech-Material bereits beweisen und zeigte sich bei Beschussversuchen um das Siebenfache widerstandsfähiger als natürliches Holz mit derselben Dicke.
Das Beispiel macht deutlich, dass es nicht immer um die (Er-) Findung neuer Baustoffe gehen muss. Stattdessen kann die Forschung auch mit altbekannten Materialien arbeiten und durch neue Verfahren innovative Eigenschaften aus Holz, Beton & Co herausholen. Die Testergebnisse sind verblüffend: Klebten die Forscher fünf Lagen ihres neuartigen, verdichteten Holzes aufeinander, sodass die Cellulosefasern jeweils einen Winkel von 90 Grad bildeten, so konnten diese die absorbierte Energie der Schüsse verzehnfachen. Experten sehen in dem neuen Super-Material somit eine vielversprechende und kostengünstige Alternative zur Panzerung. Einen Nachteil hat der innovative Baustoff aber: Bei dem angewendeten Verfahren schrumpft das Holz um das Fünffache. Somit sind deutlich größere Mengen an natürlichem Holz notwendig, um dieselbe Menge an Baustoff zu erlangen. Da Holz aber eine begrenzte Ressource ist, könnte das seinen Preis eines Tages drastisch in die Höhe treiben. Ob die Alternative auf Dauer also tatsächlich so kostengünstig bleibt, ist fraglich. Dennoch sind sich die Forscher sicher: Das verdichtete Holz werde in Zukunft vermutlich nicht nur zur Panzerung, sondern auch als bruchfestes Tragmaterial eingesetzt.
Apropos Beton: Auch hier konnten Forscher des Projektes "Bau Kunst Erfinden" kürzlich eine Innovation präsentieren: Der sogenannte Solarbeton wandelt Sonnenlicht in Strom um und könnte somit ein Meilenstein werden, wenn es um die Kombination von zukunftsweisenden Baustoffen und nachhaltiger Stromversorgung geht. Der Solarbeton besteht aus mehreren Schichten von Beton, wobei die dickste innere Lage leitfähig ist und somit als eine Art Elektrode wirkt. Die äußeren Schichten werden derweil mit Titandioxid kombiniert und fangen die Lichtteilchen der Sonne ein. Ein roter Farbstoff, welcher aus Johannisbeersaft gewonnen wird, wandelt dieses Sonnenlicht schließlich in freie Elektronen um, welche anschließend als elektrischer Strom abgeleitet werden. Die Funktionsweise ähnelt somit der Photosynthese, wie sie mit dem grünen Farbstoff namens Chlorophyll in Pflanzen stattfindet.
Schon mit der Förderung von Solarzellen auf dem Dach oder Niedrigenergiehäusern macht die Bundesrepublik Deutschland klar, welches das Ziel ist: Immer mehr Gebäude sollen sich selbstständig sowie umweltfreundlich mit Strom versorgen können. Aus diesem Grund wurde auch die Entwicklung des Solarbetons staatlich gefördert. Die industriell gefertigten Betonmodule sollen schon bald Einsatz in Büro- und Wohngebäuden sowie bei Industriehallen finden und hier Strom erzeugen. Sie ersetzen somit die Solarzellen auf dem Dach, indem sie direkt in die Fassade integriert werden. „DysCrete“ haben die Forscher ihre Entwicklung getauft. Bislang erreicht diese aber erst einen Wirkungsgrad in Höhe von zwei Prozent, sprich 98 Prozent der auftreffenden Sonnenenergie gehen verloren.
In Sachen Beton gibt es aktuell noch eine weitere Innovation in der Baubranche: Mit ihrem Projekt „C³ – Carbon Concrete Composite“ hat die Technische Universität Dresden neue Maßstäbe gesetzt, wenn es um Nachhaltigkeit bei Baustoffen geht. Der sogenannte Textil- oder Carbonbeton macht als neuer Verbundwerkstoff große Hoffnungen für die Zukunft. Er erzielt nämlich nicht nur eine überdurchschnittlich hohe Tragfähigkeit, sondern ist auch fester, langlebiger und deutlich leichter als herkömmlicher Beton. Da Carbon nicht rostet, könnte der Carbonbeton im Gegensatz zum Stahlbeton in deutlich dünneren Schichten zum Einsatz kommen, was zugleich den Sandverbrauch in dessen Herstellung drastisch verringert. Eine Reduktion wäre zugleich beim CO2-Ausstoß möglich, welcher in der Produktion von Stahlbeton entsteht.
Genau genommen ist Carbonbeton nichts anderes als eine Verbindung von Beton und Kohlenstofffasern. Letztere fallen beispielsweise als Abfallprodukt bei der Holzverarbeitung an, können aber auch aus jedem weiteren Stoff produziert werden, welcher Kohlenstoff erhält. Es handelt sich somit – im Gegensatz beispielsweise zum verdichteten Holz – nicht um eine begrenzte Ressource. Die Architektur setzt deshalb große Hoffnungen für die Zukunft in den Carbonbeton. Durch seine hohe Tragfähigkeit, die das Fünf- bis Sechsfache von Stahlbeton beträgt, offeriert er ganz neue Gestaltungsmöglichkeiten bei Gebäuden, Brücken & Co. Zugleich zählt er nur ein Viertel des Gewichts und weist zugleich eine deutlich höhere Lebensdauer auf als Stahlbeton. Als Fazit bleibt somit festzuhalten: Die Forschung ist im Bereich innovative Baustoffe in vollem Gange. Doch es bleibt spannend, welche Entwicklungen sich am Ende dauerhaft durchsetzen werden – und welche nicht.
