Foto: Mit freundlicher Genehmigung von Sandy Curth
Die Kosten für den Bau von Gebäuden sind in den letzten Jahren stark gestiegen. Doch ein altbekanntes Material könnte dazu beitragen, die Ausgaben zu reduzieren: Lehm. Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Methode entwickelt, bei der speziell aufbereiteter Schlamm, der zum Beispiel sogar direkt von der Baustelle stammen kann, als Schalungsmaterial für den Betonbau verwendet wird. Durch den Einsatz der 3D-Druck-Technologie lässt sich diese kostengünstige Alternative zur herkömmlichen Holzschalung realisieren.
Wieviel Kohlenstoff lässt sich in Beton speichern?
Die innovative Technik, bei der Lehm die Baukosten senkt, birgt enormes Potenzial für die Bauindustrie. Durch den Einsatz des leicht verfügbaren Materials können Betonkonstruktionen schneller und effizienter entstehen. Zudem lassen sich nicht nur die Ausgaben reduzieren, sondern auch die CO2-Emissionen verringern, die bei der Herstellung von Beton anfallen. „Wir haben gezeigt, dass wir im Grunde den Boden, auf dem wir stehen, oder den Abfallboden von einer Baustelle nehmen und daraus eine präzise, hochkomplexe und flexible Schalung für maßgeschneiderte Betonstrukturen herstellen können“, erklärt Sandy Curth, Doktorandin am MIT-Institut für Architektur und treibende Kraft hinter dem Projekt.
Mit Lehm Baukosten senken: Einmal bauen statt zweimal
Die Herstellung dieser „Holzformen“ für Betongebäude ist zeit- und kostenintensiv. In der Branche gilt deshalb das Mott: Betonbauten werden zweimal errichtet, denn zuerst müssen die Holzschalungen erstellt werden, danach können diese Formen dann genutzt werden, um den Beton hineinzugießen. Die Verwendung von Erde als Schalungsmaterial könnte diesen Prozess grundlegend verändern. Obwohl Lehm im Vergleich zu Holz zunächst wie ein ungeeigneter Werkstoff erscheinen mag, besitzt er ausreichende Festigkeit, um dem Druck des gegossenen Betons standzuhalten. Bei der von den MIT-Forschenden entwickelten „EarthWorks“-Methode wird das Erdmaterial mit Zusatzstoffen wie Stroh und einer wachsartigen Beschichtung versehen. Das verhindert, dass Wasser aus dem Beton abfließt. Mithilfe von 3D-Druckern im Großformat lässt sich der Lehm von der Baustelle direkt in maßgeschneiderte Schalungsformen bringen.
„Wir haben ein System entwickelt, bei dem wir eine weitgehend unkomplizierte 3D-Drucktechnologie im Großformat verwenden und sie für das Material hochfunktional machen“, erläutert Curth. „Wir haben einen Weg gefunden, Schalungen herzustellen, die unendlich oft recycelt werden können. Es ist einfach nur Erde.“ Neben den geringeren Kosten und der leichten Verfügbarkeit des Materials bietet die EarthWorks-Methode weitere Vorteile. Einer davon ist der Umweltschutz: Da die Betonherstellung für bis zu acht Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich ist, kann der Ansatz dazu beitragen, den CO2-Ausstoß erheblich zu reduzieren. Dies gelingt sowohl durch das Schalungsmaterial selbst als auch durch die optimierte Formgebung des Betons, bei der nur die strukturell erforderliche Menge verwendet wird.
Kohlenstoffemissionen halbieren: Lehm senkt Baukosten und CO2-Ausstoß
In früheren Forschungsarbeiten wurde bereits eine Formoptimierung für Stahlbeton entwickelt, mit der sich die Kohlenstoffemissionen von Betonstrukturrahmen um mehr als 50 Prozent reduzieren lassen. Mit der EarthWorks-Technik können diese komplexen, optimierten Strukturen der gebauten Realität viel nähergebracht werden. Denn sie bietet eine kostengünstige, kohlenstoffarme Fertigungstechnik für Schalungen, die überall auf der Welt eingesetzt werden kann. „Es handelt sich um eine Technologie, die es ermöglicht, Stahlbetongebäude wesentlich materialeffizienter zu gestalten, was sich direkt auf die globalen Kohlenstoffemissionen auswirkt“, erklärt Curth.
Darüber hinaus eröffnet die EarthWorks-Methode aufgrund der Flexibilität des Schalungsmaterials neue Möglichkeiten, maßgeschneiderte Betonformen einfacher zu realisieren. Die Formgebung mit Lehm ist deutlich unkomplizierter als mit Holz. „Das Tolle daran ist, dass wir formoptimierte Bauelemente mit dem gleichen Zeit- und Energieaufwand herstellen können, der für die Herstellung geradliniger Bauelemente erforderlich wäre“, hebt Curth hervor.
Lehm könnte künftig sogar Baukosten bei kompletten Gebäuden senken
Parallel zur Promotion am MIT gründete Curth das Unternehmen FORMA Systems, um die EarthWorks-Methode in die Bauindustrie zu bringen. Zwar müssten Bauunternehmen zunächst in einen großen 3D-Drucker vor Ort investieren, doch die Einsparungen bei den Materialkosten wären enorm. Zukünftig könnte das Verfahren nicht nur für Schalungen, sondern auch für den Bau kompletter Gebäude aus Lehm verwendet werden. Obwohl die Lehmarchitektur in einigen Regionen der Welt, einschließlich der USA, bereits weit verbreitet ist, bestünde die Innovation darin, die Produktion solcher Häuser zu systematisieren und gleichzeitig kostengünstig zu gestalten. „Seit es Gebäude gibt, wird mit Erde gebaut, aber angesichts der heutigen Nachfrage nach städtischen Betongebäuden entkoppelt dieser Ansatz im Grunde die Kosten von der Komplexität“, resümiert Curth. „Ich garantiere Ihnen, dass wir damit beginnen können, leistungsfähigere Gebäude für weniger Geld zu bauen.“
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