3D-Druck mit lokaler Erde

Kann 3D-Druck mit lokaler Erde eine kohlenstoffarme Alternative zu Beton bieten? Teil 1

Ein Forschungslabor experimentiert mit lokaler Erde, die einen grüneren Weg in die Zukunft darstellen könnte – ganz ohne lange Transportwege oder kohlenstoffintensive Produktionstechniken.
Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Share on email

Illustration von Rae Scarfó

Durch die Verschärfung der Klimakrise muss sich jede Branche mit ihren Auswirkungen auf die Umwelt auseinandersetzen. Laut einem Bericht des World Green Building Council war die Bauindustrie 2017 für fast 40 % der gesamten anthropogenen Kohlenstoffemissionen auf der Erde verantwortlich. Um die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen, müsste die Branche ihre Emissionen bis 2030 um 30 % gegenüber dem Stand von 2015 senken. Dies ist ein gewaltiges Vorhaben, das Investitionen in Milliardenhöhe in fast allen Bereichen der Branche erfordert.  

Ein Bereich, der sich hervorragend für kohlenstoffsparende Innovationen eignet, ist Beton. Das Material findet man in der modernen Baupraxis fast überall, denn es ist formbar, beständig, gießbar, günstig und einfach herzustellen. Gleichzeitig ist es aber auch sehr kohlenstoffintensiv. Der Herstellungsprozess von Beton ist für 8 % der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen verantwortlich, so ein Bericht von 2018 des Energy, Environment and Resources Department.  

Wie bei so ziemlich allen Bemühungen, unsere Welt zu dekarbonisieren, gibt es auch für die Dekarbonisierung von Beton keine schnelle Lösung. Zudem stehen unterschiedliche Interessen und schwierige Umstände dem im Weg. Daher wird der Fortschritt wohl in Tausenden von kleinen Schritten erfolgen.  

Eine radikale Lösung 

Einfach keinen Beton zu verwenden, wäre eine Lösung. Daher untersucht eine Gruppe von Wissenschaftlern an der Texas A&M University die Möglichkeit, lokale Erde in Kombination mit 3D-Druck zu verwenden, um nachhaltigere Gebäude zu bauen.  

Lokale Böden zu verwenden, ist aus mehreren Gründen attraktiv. Einerseits entfällt der Transport des Materials zu einer Baustelle, der unglaublich kohlenstoffintensiv sein kann. Andererseits erfordert das Verfahren der Forscher zur Herstellung tragfähiger, druckbarer Erdmischungen nicht die immense Heizleistung, die zur Herstellung von Beton notwendig ist.  

„Qualitativ gesehen ist dies eine viel bessere Alternative zu Beton“, sagt Aayushi Bajpayee, Doktorandin an der Texas A&M University und Erstautorin einer Publikation von 2020, welche die Technik beschreibt. „Erstens ist die Herstellung des Materials nicht kohlenstoffpositiv. Die Erde ist in der Natur vorhanden. Man verwendet sie im Gegensatz zu Beton direkt. Bei Beton muss man das, was man aus der Natur holt, erst in einem riesigen Brennofen aufheizen.“ 

Der 3D-Druck hat sich in den letzten Jahren als nützliche Technologie für die Automatisierung großer Teile des Bauprozesses erwiesen und bietet vielversprechende Lösungen für den kostengünstigen Wohnungsbau, insbesondere in sich schnell entwickelnden Teilen der Welt. Bislang setzt die Technologie jedoch fast ausschließlich auf Beton als tragendes Material und das könnte wiederum zu einem massiven Anstieg der Kohlenstoffemissionen führen, wenn sich die Technologie durchsetzt. Die Verwendung lokaler Erde als Ersatz für Beton würde es Bajpayee und ihren Kollegen ermöglichen, von der additiven Fertigungstechnik zu profitieren, ohne die Kohlenstoffemissionen der Branche massiv zu steigern.  

Zahlreiche Herausforderungen 

Erde ist äußerst heterogen und variiert je nach Region. Die Variationen reichen von staubig und trocken bis hin zu sumpfig und feucht und sind mit allen möglichen Arten von Ton, Gesteinen, Mineralien und biologischen Materialien durchmischt. Die Herausforderung bestand für die Wissenschaftler darin, eine Reihe verschiedener chemischer Verfahren zu entwickeln, die an die Anforderungen fast aller Bodentypen auf der Erde angepasst werden können.  

„Wenn wir an einen Ort gehen, von dem wir nicht wissen, welche Art von Erde vorhanden ist, können wir eine schnelle Analyse durchführen und sehen, welche Inhaltsstoffe in der Erde vorhanden sind. Anschließend können wir mit einer Auswahl von Zusätzen und Modifikatoren beginnen, unsere Rezeptur ein wenig zu optimieren und mit dem Druck an Ort und Stelle beginnen“, so Bajpayee. 

Um ein solches System zu entwickeln, muss man die chemische Zusammensetzung ganz genau verstehen. In einem Wirksamkeitsnachweis gelang es den Wissenschaftlern, Erde aus College Station im US-Bundesstaat Texas, in eine extrudierbare, tragfähige Verbindung umzuwandeln, die in einem 3D-Drucker verwendet werden konnte. Laut Bajpayee machte die extrem heterogene Mischung diese Erde zu einem äußerst schwierigen Fall.  

„Wir haben bewiesen, dass wir etwas so Komplexes wie die Erde aus einem Hinterhof drucken können. Alles, was danach kommt, ist einfacher“, führt sie weiter aus. 

Mehr über den experimentellen Ansatz des Labors erfahren Sie in Teil 2 dieses Beitrags, der am 8. Januar 2021 erscheint. 

Bild von Arbeitern, die in einem Büro sitzen

Wie prägen Gebäude menschliches Verhalten?