Nachhaltiges Material auf Nanocellulose-Basis für den 3D-Druck im Bauwesen
Nachhaltige Materialien stehen im Mittelpunkt des Interesses vieler Menschen. Sowohl Unternehmen als auch Forschungsteams versuchen, nachhaltigere Alternativen zu bestehenden Materialien für verschiedene Branchen zu finden. Einer der Sektoren, in dem dieses Streben nach Nachhaltigkeit am stärksten ausgeprägt ist, ist die Bauindustrie. Denn allein die Emissionen dieses Sektors gehören zu den höchsten weltweit. Jährlich verbraucht der Bausektor 50 % der weltweit verbrauchten fossilen Ressourcen, erzeugt 40 % aller Abfälle weltweit und verursacht 39 % der globalen CO2-Emissionen. Deshalb ist die Suche nach einem umweltfreundlichen Material für den Bausektor ein Diskussionsthema, und einige Forscher versuchen, ein nachhaltiges Material für den 3D-Druck zu finden.
Das neue Material für umweltfreundlicheres Bauen stammt von einem Forscherteam der Chalmers University of Technology in Schweden und dem Wallenberg Wood Science Center. Genauer gesagt handelt es sich bei dem Material um ein 3D-gedrucktes Hydrogel aus Nanocellulose und Algen. Nanocellulose ist ein bekanntes Biomaterial und wird in der Biomedizin bereits häufig für den 3D-Druck von Gerüsten für das Gewebe- und Zellwachstum verwendet. Dies wäre jedoch das erste Mal, dass es in der Architektur eingesetzt wird.
Chalmers University, wo sie das 3D-druckbare Hydrogel auf der Basis von Nanocellulose entwickelt haben.
Dieses 3D-druckbare Hydrogel wird aus Nanocellulose und Algen hergestellt. Wie wir wissen, ist Nanocellulose ein Biomaterial, das in der biomedizinischen Industrie weit verbreitet ist. In diesem Bereich ist es möglich, alles von Gewebewachstumsstrukturen bis hin zu Zellen in 3D zu drucken. Dies ist auf seine Biokompatibilität und Feuchtigkeit zurückzuführen, zwei grundlegende Eigenschaften für Materialien, die im biomedizinischen Bereich verwendet werden. Aber erst jetzt ist es zum ersten Mal so weit getrocknet, dass es als architektonisches Material verwendet werden kann. Ermöglicht wurde dies durch die Zugabe eines dritten Materials zu der ursprünglichen Mischung aus Nanocellulose und Wasser. Alginat, ein aus Algen gewonnenes Material, war der Schlüssel zur Entwicklung des Hydrogels, denn es verlieh der getrockneten Mischung die nötige Flexibilität, um als Baumaterial verwendet zu werden.
Die Autorin der von diesem Forschungsteam durchgeführten Studie an der Chalmers University of Technology, Malgorzata Zboinska, sagte: „Zum ersten Mal haben wir eine architektonische Anwendung des Nanocellulose-Hydrogels untersucht. Insbesondere haben wir das bisher fehlende Wissen über seine gestalterischen Eigenschaften geliefert und mit Hilfe unserer Muster und Prototypen gezeigt, dass diese Eigenschaften durch maßgeschneiderte Entwürfe, digitales Design und robotergestützten 3D-Druck angepasst werden können.“ Die für das Hydrogel verwendete Nanocellulose kann nachhaltig aus der Natur gewonnen werden und ist eine klare Alternative zu Kunststoff. Von den umweltfreundlichen Materialien, die es mit Kunststoff aufnehmen können, ist Nanocellulose das am häufigsten vorkommende. Malgorzata Zboinska äußerte sich dazu mit den folgenden Worten:
Wir können sie aus der Forstwirtschaft, der Landwirtschaft, aus Papierfabriken und aus Abfallmaterialien wie Stroh gewinnen. Der 3D-Druck ist eine Technik, die viele Ressourcen spart. Er ermöglicht uns die Herstellung von Produkten ohne weitere Hilfsmittel wie Matrizen und Gussformen, so dass weniger Abfall anfällt. Außerdem ist das Verfahren sehr energieeffizient. Das robotergestützte 3D-Drucksystem, das wir verwenden, verwendet keine Hitze, sondern nur Luftdruck. Das spart eine Menge Energie, da wir nur bei Raumtemperatur arbeiten.“
Die Fotos stammen aus der Studie von Malgorzata A. Zboinska.
Die Funktionsweise dieses Materials beim 3D-Druck ist recht eigenartig. Es ist ein festes Material, das sich verflüssigt, wenn Druck darauf ausgeübt wird. Sobald es sich in einem flüssigen Zustand befindet, kann es gedruckt werden, denn sobald der Druck nachlässt, kehrt es sofort in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Die Hauptanwendungen reichen von Trennwänden, Jalousien oder Paneelen bis hin zu Wandverkleidungen für Gebäude oder Fliesenverkleidungen. Die Zukunft dieses Materials ist noch ungewiss, aber vielversprechend: Wir werden dieses Hydrogel im Laufe des Jahres 2024 analysieren, um zu sehen, ob sich die von der Bauindustrie abgegebenen Emissionen ändern.
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*Bildnachweise: Universidad Tecnológica de Chalmers
