Das Heim aus dem Drucker

Forschung ist eine unabdingbare Disziplin. Sie führt zu neuen Erkenntnissen und damit zu Lösungsansätzen für alle möglichen Herausforderungen. Sie stellt aber auch bisherige Ansätze infrage und macht sie allenfalls obsolet – oder treibt sie weiter. So auch bei klassischen Baumaterialien, bei denen die Zeit ebenfalls nicht stehen geblieben ist. Was nach alter Schule klingt, durchläuft derzeit nämlich einen technologischen Schub.

Beispiel Beton. Forschende der Empa, der ETH Zürich und weiterer europäischer Partner wollen das Bauen mit Beton grundlegend verändern – nämlich mit möglichst wenig Masse, ohne aufwendige Stahlbewehrung und ohne Zement. Und damit mit reduziertem CO2-Fussabdruck. Im EU-Projekt Carbcomn (Carbon- negative compression dominant structures for decarbonized and deconstructable concrete buildings) besteht der Beton ausschliesslich aus Industrieabfällen. Statt Zement kommt beispielsweise Stahlschlacke zum Einsatz – ein Nebenprodukt der Stahlindustrie. Diese wird per 3D-Druck zu einzelnen Bauteilen geformt und später zu tragenden Strukturen zusammengesetzt. Statt auf konventionelle Stahlbewehrung setzt das Konsortium auf sogenannte «compression dominant structures». «Beton hält viel Druck aus, aber wenig Zugbelastung», erklärt Empa-Forscher Moslem Shahverdi. Deshalb entwickeln die Forschenden Strukturen, die vor allem auf Druck beansprucht werden – ähnlich wie historische Steinbrücken mit ihren Bögen. Die Betonbauteile werden unter anderem so gestaltet, dass sie nach der Nutzung leicht demontiert und an anderer Stelle wiederverwendet werden können. Bis 2028 soll ein Prototyp entstehen: ein 3D-gedrucktes Gebäudemodul, das die Machbarkeit des neuen Ansatzes zeigt.

Lehm zur Mehrfachverwendung

Beispiel Lehm. Wesentlich älter als das Bauen mit Beton ist das Bauen mit Lehm. Das Material hat viele positive Eigenschaften: Es ist vielerorts verfügbar, sorgt durch die Feuchtigkeitsregulation für ein gesundes Raumklima und reguliert Temperaturschwankungen. Die günstigen Eigenschaften machen es möglich, dass Lehm ganz ohne Qualitätsverlust in allen Einsatzbereichen mehrfach verwendet und danach auch wieder in den ökologischen Kreislauf zurückgeführt werden kann, wie man bei der IG Lehm betont. Der Verein ist der Lehmfachverband der Schweiz sowie der Berufsverband der Lehmbauschaffenden der Schweiz.

Lehm wird sowohl beim Massiv- wie auch beim Leichtbau eingesetzt: im Massivbau vorwiegend als selbsttragende wärmespeichernde und schalldämmende Innenwände oder als wärmespeichernde Innenschale von Aussenwänden; Lehmplatten dagegen eignen sich eher in Leichtbaukonstruktionen zum Beplanken von Holz- oder Metallständerwänden und Decken.

Wärmedämmung mit Backstein

Beispiel Backstein. Backstein ist ein natürlicher Rohstoff, dessen Grundmaterial weitgehend aus regionalen Tongruben stammt und zu einem langlebigen Baumaterial verarbeitet wird. Backsteinherstellung ist allerdings energieintensiv. «Mit einem effizienten Energiemanagement werden künftig weiter die Weichen in Richtung Klimaneutralität gestellt», betont Muriel Rouget, CEO der Kubrix AG, dem grössten Ziegeleiunternehmen der Schweiz. Denn Backstein lässt sich bedenkenlos in die Kreislaufwirtschaft zurückführen.

2019 haben Forscher des Departements Technik & Architektur der Hochschule Luzern zusammen mit der Kubrix AG ein neuartiges Fassadensystem namens Kismur entwickelt. Die Gebäudehülle besteht gesamthaft aus Backstein – und der Clou: Das Fassadensystem basiert auf zwei Backsteinschalen, die intelligent kombiniert werden. Zwischen Aussenputz und Backstein befindet sich im Normalfall eine Isolationsschicht, die oft breiter ist als das eigentliche Mauerwerk. «Für das Klima im Innenbereich ist die dichte Isolation problematisch, weil dadurch die Feuchtigkeit im Raum nicht nach aussen transportiert werden kann», erklärt Marvin King von der Hochschule Luzern. Darüber hinaus enthält das Isoliermaterial oft Pestizide und Flammschutzmittel, und nach dreissig Jahren sind die Wärmedämmverbundsysteme meistens sanierungsbedürftig. Die Isolation beziehungsweise das Wärmedämmverbundsystem wird zu Abfall, der nicht wiederverwertet werden kann. Nicht so bei Kismur: Die aufgeklebte Aussenwärmedämmung wird hier durch einen diffusionsoffenen Grossblockstein ersetzt. Das Ergebnis ist ein vollständig mineralisches Fassadensystem, das überdurchschnittlich anpassungs- und widerstandsfähig sowie langlebig ist.

Weitere Entwicklungen

Wohin geht der Trend bei der Entwicklung von Baumaterialien? «Die Innovation geht nun in Richtung Verwendung von Recyclingrohstoffen», betont Kubrix-CEO Muriel Rouget, aber auch in Richtung Wiederentdeckung und Weiterentwicklung von Lehmprodukten aus reinen oder verbesserten Lehmmischungen. Ein weiterer zentraler Entwicklungsschritt sei das wärmedämmende Einsteinmauerwerk wie bei Kismur. «Der Fokus liegt hier auf Entwicklungen, die die thermischen Eigenschaften des Materials verbessern, etwa durch die Lochgeometrie, innovative Rohstoffzusammensetzung oder durch den Einsatz hochdämmender Füllstoffe», so Rouget. Parallel dazu werden auch die Produktionsverfahren innoviert, um den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen zu minimieren.

Ob Beton, Lehm oder Backstein: Das Ende der Fahnenstange bezüglich Innovation von Baumaterialien ist offensichtlich noch lange nicht erreicht.