Als Dr. Habib Dagher 1996 das Advanced Structures and Composites Center der University of Maine gründete, arbeitete er mit einem kleinen Team an der Entwicklung von Verbundwerkstoffen der nächsten Generation auf Basis von Biomaterialien.

Jetzt  – fast 25 Jahre später  – haben sich das Labor und seine Mission erheblich erweitert.

„Heute beschäftigen wir in unserem Labor auf ca. 9.000 Quadratmetern 240 Mitarbeiter, die an über hundert verschiedenen Projekten arbeiten und Materialien und Strukturen für mehr als 500 Kunden auf der ganzen Welt entwickeln“, berichtet Dagher.

Dabei sind die Anforderungen dieser Kunden vielfältig: Bauprojekte wie Brücken, Energieinfrastruktur für Windenergie und Turbinenunterbauten mit besonderem Fokus auf die Offshore-Windtechnologie, Bootsbau und Raumfahrtanwendungen, die die NASA dabei unterstützen sollen, Menschen zum Mars zu bringen.

„Es geht um Strukturen und Materialien und darum, wie Strukturen und Materialien in all diesen Bereichen effizient eingesetzt werden können“, erläutert Dagher.

Materialänderung

Das Labor arbeitet mit Kunden aus all diesen Branchen zusammen, um neue Werkstofftechnologien zu entwickeln. „Das Labor ist nach ISO 17025 zertifiziert“, erklärt Dagher, „also führen wir auch Struktur- und Materialprüfungen für Kunden durch. Alles, was wir tun, wird in der Regel automatisch in Anträgen für Baunormen zugelassen.“

Und wenn es noch kein Unternehmen gibt, das ein vom Labor neu entwickeltes Verbundmaterial verwenden könnte, findet sein Team schon einen Weg, um es auf den Markt zu bringen, so Dagher.

„Eine Reihe von Unternehmen hat sich aus dem Labor entwickelt“, berichtet Dagher. „Eines unserer Ziele ist die wirtschaftliche Entwicklung. Bei der Entwicklung neuer Technologien erteilen wir entweder einem bestehenden Unternehmen die Nutzungslizenz oder spalten ein neues Geschäft ab, um sie auf den Markt zu bringen. Wenn es eine völlig neue Produktlinie gibt, die in kein Unternehmen passt, arbeiten wir daran, das Unternehmen mithilfe von Investoren zu gründen.“

Die vielfältige Kundenbasis hat die University of Maine dazu veranlasst, eine unglaubliche Vielfalt an Verbundwerkstoffen zu entwickeln.

„Verbundwerkstoffe können für Endanwendungen entwickelt werden“, erklärt Dagher, „sodass das Material an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Und das ist der Vorteil von Verbundwerkstoffen – die Materialien entsprechen den Entwürfen, wenn Sie so möchten. Dabei kann es sich um biobasierte Verbundstoffe, um Kunstharze und -fasern oder um biobasierte Harze und Fasern handeln, aber auch um Kombinationen daraus.“

Die Verwendung von Verbundwerkstoffen hat auch zahlreiche Vorteile für eine Reihe von Anwendungen.

„Im Allgemeinen sind sie sehr leicht“, erklärt Dagher. „Sie verfügen über ein Festigkeit-zu-Steifigkeit- und Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis, das sehr vorteilhaft ist, um im Vergleich zu typischen Baumaterialien sehr leichte Strukturen zu fertigen. Der andere Vorteil besteht darin, dass sie in der Regel langlebiger sind als herkömmliche Werkstoffsysteme. Sie lassen sich so konstruieren, dass sie die typischen Lebenszyklen konventioneller Werkstoffe übertreffen.“

Umweltfreundlich

Neben ihren Vorteilen während der aktiven Phasen des Bauprozesses kann die Verwendung optimal konzipierter Verbundmaterialien laut Dagher die gesamte Umweltbilanz eines Projekts verändern, indem sie die Lebenszykluskosten und den CO2-Fußabdruck eines Systems drastisch senken.

„Wir wollen die Dinge immer ‚von der Wiege bis zur Bahre‘ betrachten“, erklärt Dagher. „Wenn man in die Richtung biobasierter Materialien gehen möchte, umfasst dies die Verwendung recycelbarer Verbundwerkstoffe.“ Der Schwerpunkt auf Biomaterialien ist Teil der strategischen Initiative „Green Energy and Materials“ des Labors – eines 10-jährigen Projekts mit dem Ziel, die Umweltauswirkungen moderner Bauverfahren zu verringern.

„Wir arbeiten an der Entwicklung von Systemen, die die CO2-Bilanz der Konstruktion verringern und uns biobasierte Materialien liefern, die am Ende ihres Lebens zu 100 % recycelt werden können“, so Dagher. Während typische Kunststoffe auf Erdöl basieren, arbeiten Dagher und sein Team an der Entwicklung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen und biobasierten Thermoplasten, die biologisch abbaubar und recycelbar sind.

3D-Entwürfe

Am 10. Oktober 2019 stellte das Labor sein neuestes Projekt vor: die GEM-Initiative, den weltweit größten 3D-Drucker. Das Labor wird nach eigenen Aussagen den 3D-Drucker zum Drucken von recycelbaren Plastikverbundwerkstoffen verwenden, die auf verschiedene Arten im Bauprozess eingesetzt werden können.

„Zu den möglichen Anwendungen zählen Schalungen für Beton“, erklärt Dagher. „Mit dem Drucker lassen sich sehr fortschrittliche Architekturformen erstellen, die sonst sehr schwierig zu realisieren wären. So erhält man eine einzigartige Schalung.“

Und wenn die Schalung nicht mehr gebraucht wird, „nehmen wir sie wieder zurück“, bestätigt Dagher. „Wir zermahlen sie und stellen eine neue her. Das bietet völlig neue Innovationsmöglichkeiten und der Abfall am Ende eines Bauprojekts wird deutlich reduziert.“

Laut Dagher besteht das Ziel darin, weiterhin zu den umweltschutzbezogenen Veränderungen der Bauindustrie beizutragen und dadurch für mehr Nachhaltigkeit zu sorgen.

„Wir müssen in Bezug darauf, wie wir Dinge bauen, völlig umdenken“, erklärt Dagher. „Wir müssen darüber nachdenken, wie wir Dinge recyceln und welche Art von grauer Energie in diesen Systemen steckt. Wir müssen Systeme bauen, die weniger auf Erdöl basieren, um die Auswirkungen auf das globale Klima zu reduzieren.“

Und so ist das Advanced Structures and Composites Center der University of Maine mit seinen Initiativen wie dem Biokunststoff-3D-Drucker und seinem umfangreichen Portfolio an Projekten rundum saubere Energie ein Vorreiter in der Branche.