Forscher drucken Baumaterial aus Hefe, ganz ohne fossile Rohstoffe
Forschende entwickeln ein 3D-druckbares Architekturmaterial aus Hefe, Holzfasern und Algen. Eine Alternative zu Kunststoff und Gips.
Ein neues, vollständig biobasiertes Material aus einem etwas unerwarteten Ausgangsstoff: Hefe. Das Material wird im 3D-Druckverfahren hergestellt und speziell für den Einsatz in Architektur- und Einrichtungselementen angepasst, die derzeit aus fossilen Materialien wie Kunststoff oder synthetischen Textilien gefertigt werden.
Foto: Chalmers University of Technology | Henrik Sandsjö
Die Bau- und Immobilienbranche steht vor einer schwierigen Aufgabe. Einerseits steigt der Bedarf an Gebäuden und Innenausbauten. Andererseits verursacht der Sektor weltweit hohe Emissionen und verbraucht große Mengen an Rohstoffen. Deshalb suchen Forschende nach Materialien, die weniger Ressourcen benötigen und sich besser in Kreisläufe integrieren lassen.
Ein Team der Chalmers University of Technology in Schweden verfolgt dabei einen ungewöhnlichen Ansatz. Die Forschenden haben ein vollständig biobasiertes Material entwickelt, dessen Hauptbestandteil gewöhnliche Backhefe ist. Das Material lässt sich im 3D-Druck herstellen und könnte künftig bei Innenausbauten, Raumteilern oder lichtregulierenden Elementen zum Einsatz kommen.
Noch handelt es sich nicht um einen Ersatz für Beton oder andere tragende Baustoffe. Vielmehr zielt die Entwicklung auf Anwendungen ab, die heute häufig aus Gips, Kunststoffen oder synthetischen Textilien bestehen.
Inhaltsverzeichnis
- Fünf natürliche Zutaten ergeben ein druckbares Material
- 3D-Druck ohne Verschnitt
- Warum Forschende auf Hefe setzen
- Reststoffe könnten künftig als Rohstoff dienen
- Warum kürzere Lebenszyklen hier gewollt sein können
- Noch viele Hürden bis zur Praxis
- Blick auf die nächste Generation biologischer Materialien
Fünf natürliche Zutaten ergeben ein druckbares Material
Die Rezeptur besteht ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen:
- Backhefe
- Zellulosefasern aus Holz
- Alginat aus Braunalgen
- pflanzliches Glycerin
- Wasser
Zusammen entsteht daraus ein Hydrogel. Dabei handelt es sich um eine gelartige Masse, die sich formen und im 3D-Druck verarbeiten lässt.
Jeder Bestandteil übernimmt eine bestimmte Aufgabe. Die Zellulosefasern sorgen für Stabilität und Zugfestigkeit. Das Alginat unterstützt die Formstabilität während des Druckprozesses. Glycerin macht das Material flexibler. Die Hefe verleiht der Mischung Volumen und Viskosität und trägt zur gleichmäßigen Materialstruktur bei.
Vor der Verarbeitung wird die Hefe erhitzt und deaktiviert. Sie dient also nicht zur Fermentation, sondern wird selbst zum Bestandteil des Werkstoffs.
„Ich habe mich schon immer für die Kombination von Architektur und lebenden Materialien interessiert, und im Wesentlichen geht es bei dieser Forschung darum, ein Architekturmaterial zu schaffen, das vollständig aus organischen, nachwachsenden Inhaltsstoffen besteht“, sagt Studienleiterin Malgorzata Zboinska.
3D-Druck ohne Verschnitt
Auch die Herstellung unterscheidet sich von vielen konventionellen Verfahren. Die Forschenden drucken die Bauteile direkt aus dem Hydrogel. Der Prozess erfolgt bei Raumtemperatur. Zusätzliche Stützstrukturen oder Formen sind nicht notwendig. Dadurch entsteht kaum Materialabfall.
„Der 3D-Druck ermöglicht es, komplexe Formen zu schaffen, ohne Abfall zu produzieren. Wir können das Material direkt entwerfen und herstellen – mit einem hohen Maß an Kontrolle über seine Form, Textur und Materialverteilung“, erklärt Mitautorin Yagmur Bektas.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Gestaltungsfreiheit. Durch kleinere Änderungen der Rezeptur lassen sich Transparenz, Oberflächenstruktur oder Farbgebung beeinflussen. Das eröffnet Möglichkeiten für Wandpaneele, Sonnenschutzsysteme oder dekorative Innenraumelemente.
Warum Forschende auf Hefe setzen
Dass ausgerechnet Hefe als Rohstoff dient, hat mehrere Gründe. Sie wächst schnell, lässt sich vergleichsweise einfach produzieren und benötigt keine hochkomplexen Produktionsbedingungen.
„Hefe wächst exponentiell. Sie benötigt keine streng kontrollierten Umgebungen und ist nicht besonders empfindlich gegenüber Verunreinigungen“, sagt Zboinska.
Hinzu kommt ein weiterer Vorteil: Hefe besteht aus einzelligen Organismen. Dadurch entsteht eine vergleichsweise homogene Biomasse mit gut vorhersagbaren Eigenschaften.
Bislang wurde Hefe vor allem in der Lebensmittelproduktion oder bei Fermentationsprozessen genutzt. Als Ausgangsmaterial für architektonische Anwendungen wurde sie dagegen kaum untersucht.
Reststoffe könnten künftig als Rohstoff dienen
Besonders interessant ist der Ansatz aus Sicht der Kreislaufwirtschaft. Die Forschenden sehen Potenzial darin, künftig Reststoffe aus Brauereien, der Landwirtschaft oder anderen Industriezweigen einzusetzen.
Viele dieser Nebenprodukte werden bislang entsorgt oder nur eingeschränkt weiterverwendet. Künftig könnten sie als Ausgangsstoffe für neue Materialien dienen.
Der Gedanke dahinter: Rohstoffe sollen möglichst lange im Kreislauf bleiben, statt nach einmaliger Nutzung als Abfall zu enden.
Warum kürzere Lebenszyklen hier gewollt sein können
Das Material auf Hefebasis verfolgt einen anderen Ansatz als viele klassische Werkstoffe. Während Beton, Stahl oder Kunststoffe oft auf maximale Haltbarkeit ausgelegt sind, denken die Forschenden bewusst in Stoffkreisläufen.
Das Material ist biologisch abbaubar. Nach seiner Nutzung kann es wieder in natürliche Kreisläufe zurückgeführt werden.
„Dies stellt die traditionelle Vorstellung in Frage, dass Materialien ewig halten oder zumindest einen möglichst langen physischen Lebenszyklus haben müssen“, sagt Zboinska.
Gerade bei temporären Installationen, Messebauten oder Innenausstattungen könnte ein solcher Ansatz künftig interessant werden.
Noch viele Hürden bis zur Praxis
Bis das Material in größerem Maßstab eingesetzt werden kann, sind allerdings weitere Untersuchungen notwendig.
Die Forschenden wollen unter anderem folgende Eigenschaften genauer analysieren:
- mechanische Belastbarkeit
- Langzeitverhalten
- Feuchtigkeitsbeständigkeit
- Brandschutz
- industrielle Skalierung der Produktion
Erst danach lässt sich beurteilen, für welche Anwendungen sich das Material tatsächlich eignet.
Blick auf die nächste Generation biologischer Materialien
Langfristig sehen die Forschenden die Entwicklung als Ausgangspunkt für sogenannte Engineered Living Materials. Dabei handelt es sich um Materialien, die zusätzliche biologische Funktionen übernehmen könnten. „Dies könnte beispielsweise selbstheilende Materialien oder Materialien umfassen, die die Luft reinigen“, sagt Zboinska.
Solche Anwendungen liegen zwar noch in der Zukunft. Das aktuelle Projekt zeigt jedoch bereits, dass sich Architekturmaterialien aus völlig anderen Rohstoffquellen herstellen lassen als bisher. Statt auf Erdöl oder energieintensive Werkstoffe zu setzen, kombinieren die Forschenden Hefe, Holzfasern und Algen mit digitaler Fertigungstechnik. Damit entsteht ein Material, das neue Wege für Kreislaufwirtschaft und ressourcenschonendes Bauen aufzeigt.
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