Forschende aus Schweden haben einen umweltfreundlichen Baustoff entwickelt, der per 3D-Druck aus Nanozellulose und Algen gefertigt wird. Das biobasierte Material ist vielfältig einsetzbar und verbraucht bei seinem Herstellungsprozess sehr wenig Energie.
Zellulose gilt als umweltfreundliche Alternative zu Plastik und fällt als Nebenprodukt vieler großer Industrien an. „Die in unserer Studie verwendete Nanozellulose kann aus der Forstwirtschaft, der Landwirtschaft, aus Papierfabriken und aus Strohresten gewonnen werden. Es ist ein sehr reichlich vorhandenes Material“, erklärt Malgorzata Zboinska von der Chalmers University of Technology und Hauptautorin der Studie.
Die Nanozellulose zeichnet sich durch ihre Festigkeit, Leichtigkeit und biologische Abbaubarkeit aus. Als Hydrogel findet Nanozellulose bereits in der Biomedizin Anwendung, wo sie als Gerüst für Gewebe- und Zellwachstum dient. Ihre Anwendung in der Architektur, insbesondere in getrockneter Form, war jedoch bislang unerforscht.
3D-gedrucktes Hydrogelmaterial
Die Chalmers University of Technology und das Wallenberg Wood Science Center haben nun ein bahnbrechendes 3D-Druckverfahren entwickelt, das Nanozellulose, Wasser und Algen nutzt, um ein umweltfreundliches Hydrogelmaterial zu erzeugen. Durch die Zugabe von Alginat wird das Material flexibler und ermöglicht einen effizienten Druckprozess. Das neue Material kann in einer Vielzahl von architektonischen Komponenten eingesetzt werden und verbraucht bei seiner Herstellung deutlich weniger Energie als traditionelle Verfahren.
„Der 3D-Druck ist eine sehr ressourcenschonende Technik. Sie ermöglicht es uns, Produkte ohne andere Komponenten wie Gussformen herzustellen, so dass weniger Abfall anfällt. Außerdem ist er sehr energieeffizient. Das robotergestützte 3D-Drucksystem, das wir verwenden, arbeitet nicht mit Wärme, sondern nur mit Luftdruck. Das spart eine Menge Energie, da wir nur bei Raumtemperatur arbeiten“, sagt Malgorzata Zboinska.
Das energieeffiziente Verfahren beruht auf den sogenannten strukturviskosen bzw. scherverdünnenden Eigenschaften des Nanozellulose-Hydrogels: Übt man Druck darauf aus, verflüssigt es sich, so dass es 3D-gedruckt werden kann; nimmt man den Druck anschließend weg, behält es seine Form bei.
Die gedruckten Bauteile aus Nanozellulose können eine Vielzahl von architektonischen Funktionen erfüllen. Sie eignen sich für leichte Raumteiler, Jalousien oder Wandpaneelsysteme und sogar als Beschichtungen für bestehende Gebäudeteile – beispielsweise als Wandfliesen oder auch Akustikelemente zur Schalldämmung.
Umdenken erforderlich
Im Vergleich zu traditionellen Materialien, die auf Langlebigkeit und Beständigkeit ausgelegt sind, bieten biobasierte Materialien den Vorteil, biologisch abbaubar zu sein und somit nach ihrem Lebenszyklus in die Natur zurückkehren zu können. Dieser Ansatz erfordert jedoch ein Umdenken in Bezug auf die Nutzungsdauer und die Eigenschaften der Baumaterialien.
„Designer und Architekten suchen intensiv nach Wegen, um funktionale und ästhetische Produkte aus diesen biobasierten Materialien zu entwickeln“, sagt Malgorzata Zboinska. „Wir müssen uns völlig neue Kenntnisse darüber aneignen, wie wir biobasierte Materialien in der Architektur einsetzen und wie wir ihre kürzeren Lebenszyklen und heterogenen Verhaltensmuster – die eher jenen in der Natur ähneln als jenen in einer künstlichen und vollständig kontrollierten Umgebung – nutzen können.“
Akzeptanz durch gutes Design
Die Studie von Malgorzata Zboinska und ihrem Team markiert einen wichtigen Schritt hin zu einer nachhaltigeren Bauweise. Die Erforschung und Anwendung von biobasierten Materialien erfordert nicht nur technologische Innovation, sondern auch ein neues Verständnis für Design und Ästhetik. Umweltfreundliche Materialien müssen nicht nur funktional sein, sondern auch von der Gesellschaft akzeptiert werden, um eine echte Veränderung zu bewirken.
„Die Ästhetik von biobasierten Materialien ist ein wichtiger Faktor“, so Zboinska. „Wenn wir der Gesellschaft und den Menschen biobasierte Materialien vorschlagen möchten, dann müssen wir auch am Design arbeiten. Das ist ein sehr wichtiger Faktor für die Akzeptanz dieser Materialien. Wenn die Menschen sie nicht akzeptieren, werden wir die Ziele einer Kreislaufwirtschaft und einer nachhaltigen gebauten Umwelt nicht erreichen.“
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