Neu Bewertung bestehender Baustoffe und -prozesse durch eine moderne Perspektive

Für Jahrtausende haben Baumaterialien wie Beton es den Menschen ermöglicht, dauerhafte architektonische Meisterwerke zu schaffen; ein Blick nach dem antiken Rom genügt als Beispiel. Während man denken könnte, dass wir im Laufe dieser Zeit alles über solche Baumaterialien gelernt haben, hat die erneute Bewertung durch eine moderne Linse Unternehmen, die in die Zukunft blicken, neue Zwecke für sie gefunden und alte Rezepte verbessert.

Materialien und Prozesse

Wie bereits erwähnt, ist das antike Rom das perfekte Beispiel dafür, was mit Beton erreicht werden kann. Bis vor kurzem waren Wissenschaftler jedoch ratlos, wie Strukturen, die über 2000 Jahre alt sind, noch in so gutem Zustand sein konnten. Jetzt wissen wir, dass die Antwort die ganze Zeit über im Vordergrund stand – Kalk.

Die Anwesenheit von Kalk im römischen Beton wurde immer als Ergebnis schlechter Mischpraktiken angesehen. Wie sich herausstellte, haben die entstehenden Kalkklumpen einen wichtigen Zweck, der, wenn er auf bestimmte Weise in den Beton eingebracht wird, dem Endprodukt ermöglicht, Risse selbst zu heilen; das führt uns zu unserer ersten modernen Interpretation eines antiken Baumaterials – selbstheilendem Beton.

Selbstheilender Beton

Beton ist einfach eine Mischung aus feinen und groben Substraten, die durch einen Härter zusammengehalten werden. Das Rezept für Beton hat sich im Laufe der Zeit und weltweit verändert, um unterschiedlichen Umgebungen gerecht zu werden. Vor diesem Hintergrund haben Wissenschaftler begonnen, neue Rezepte/Ansätze zu erforschen und zu testen, um eine für die Zukunft entwickelte Variante zu schaffen. Ein Beispiel stammt von der University of Colorado, wo Wissenschaftler entwickelt haben, was sie als „Living Building Materials (LBMs)“ bezeichnen, die durch die Nutzung “photosynthetischer Mikroorganismen zur Biomineralisierung inerte Sand‑Gelatine‑Gerüste” entstehen.

Ermutigend ist, dass diese LBMs die Fähigkeit gezeigt haben, nicht nur sich selbst zu replizieren und zu heilen, sondern auch aus Abfallmaterialien hergestellt werden können. Ebenso wichtig ist ihre Fähigkeit, Kohlenstoff zu binden. Neben Haltbarkeit und Langlebigkeit gibt es einen Hauptgrund für die Zeit, die in die Entwicklung neuer Rezepte für futuristischen Beton investiert wird – die Umwelt.

Der Produktionsprozess zur Herstellung von Beton emittiert eine große Menge CO₂. Als das zweithäufigste Produkt auf der Erde führt dies zu massiven Emissionen (8 % der gesamten CO₂-Emissionen). Wenn wir potenziell Betonvarianten schaffen können, die der Umwelt tatsächlich helfen statt ihr zu schaden, ist das ein lohnenswerter Weg.

Über die laufende Forschung in Laboren hinaus bieten Start‑ups wie Biomason bereits Produkte an, die auf einem ähnlichen Ansatz basieren und Biologie nutzen, um den ökologischen Fußabdruck der Zementindustrie zu minimieren. Bis heute hat dieses Unternehmen bereits rund 95 Mio. $ an Finanzierung in mehreren Runden von Investoren wie Novo Holdings, Celesta Capital und anderen erhalten.

Hanf‑Bewehrung

Bewehrungsstahl ist ein extrem wichtiges Material beim Bauen mit Beton. Typischerweise aus Stahl gefertigt, bietet er strukturelle Unterstützung für Betonbauten und erhöht deren Langlebigkeit. Wie bereits erwähnt bedeutet das Arbeiten mit Beton jedoch große CO₂-Emissionen. Was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, Bewehrungsstahl zu erzeugen, der dieses Problem ausgleicht, ohne die Vorteile von Stahl zu opfern? Hier kommt die Hanf‑Bewehrung ins Spiel.

Hanf‑Bewehrung erhöht nicht nur die Lebensdauer von Beton, sie kann günstiger, stärker und leichter als Stahl sein und bleibt korrosionsfrei – alles wichtige Überlegungen, da der Einsturz vieler Gebäude mit schwerem und korrodiertem Stahlbewehrungsstahl zusammenhängt. Sie ist zudem als kohlenstoffnegatives Biomaterial bekannt, wobei wachsende Felder enorme Mengen CO₂ absorbieren. Wird sie in Anwendungen wie Bewehrungsstahl eingesetzt, kann das Produkt über seinen Lebenszyklus die mit Beton verbundenen CO₂-Emissionen ausgleichen.

Energie speichernde Ziegel

Beton ist nicht das einzige Baumaterial, das einer futuristischen Überarbeitung unterzogen wird. Verfahren, um reguläre und recycelte Ziegel zu Superkondensatoren zu machen, werden derzeit entwickelt. Das bedeutet, dass in naher Zukunft die Ziegel, die Ihr Zuhause auskleiden oder als Gehweg dienen, als Energiespeicherlösung fungieren könnten. Schließen Sie die Ziegel einfach an eine Energiequelle (z. B. Solarpanels) an, und die Ziegel können geladen werden, um nachts Strom zu liefern. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Technologie noch einen weiten Weg vor sich hat, bevor dies möglich ist. Derzeit geben Forscher an, dass die Kapazität von etwa 50 Ziegeln nur genug Energie für Notbeleuchtung für bis zu 5 Stunden bereitstellen würde.

Um diese Leistung zu erreichen, haben Forscher berücksichtigt, dass Ziegel von Natur aus porös sind. Um sie zu Superkondensatoren zu machen, wurden die Ziegel mit PEDOT (einem leitfähigen Polymer) beschichtet/injiziert, wodurch der Ziegel im Wesentlichen zu einem Energieschwamm wird.

Dies sind die Art von Lösungen, die in Kombination mit einem kontinuierlichen und entschlossenen Vorstoß in Richtung nachhaltiger Energie es den Menschen ermöglichen werden, den Schaden an der Erde umzukehren und eine grünere Zukunft zu sichern.

Additive Fertigung

Wenn wir in die Zukunft des Bauens blicken, geht es nicht nur um die verwendeten Materialien. Es gibt auch die Prozesse zu berücksichtigen. In diesem Zusammenhang ist einer der vielversprechendsten und potenziell spielverändernden Fortschritte, der die Art und Weise, wie wir bauen, verändern könnte, additive Fertigung, auch „3D‑Druck“ genannt.

ICON ist ein besonders bemerkenswertes Unternehmen, da seine Produkte/Dienstleistungen mehr als nur eine vielversprechende Idee sind; sie werden bereits umgesetzt. In einem Beispiel wird eine 100‑Haushalte‑Gemeinschaft aus 3D‑gedruckten Häusern von ICON bereits in Georgetown, Texas, gebaut. In einem anderen, und arguably spannenderen Beispiel, wurde ICON ausgezeichnet mit einem Preis von 57,2 Mio. $ von der NASA, um ein „Lunar Surface Construction System“ zu entwickeln. Ja, ICON entwickelt die Systeme, die die Besiedlung des Mondes und darüber hinaus in 3D‑gedruckten Strukturen ermöglichen werden.

Das Versprechen von 3D‑gedruckten Häusern ist so groß, dass Unternehmen wie ICON bereits erhebliche Finanzmittel von zukunftsorientierten Investoren angezogen haben. Nach der letzten Kapitalrunde verfügt ICON nun über rund 451,5 Mio. $ an Finanzierung.

ICON ist nicht das einzige Unternehmen, das Häuser 3D‑druckt. Andere wie Alquist nutzen den Prozess, um bezahlbaren Wohnraum zu schaffen, mit dem Ziel, “wirtschaftlich benachteiligte und unterversorgte Gemeinschaften zu stärken, indem die Baukosten gesenkt werden”.

Ausblick

Das Jahr ist 2033. Wenn alles nach Plan verläuft, werden Menschen aus ihrem selbstheilenden, mit Hanf‑Bewehrung verstärkten, 3D‑gedruckten Haus treten, das nachts von einem mit tagsüber aufgeladenen Ziegelweg betrieben wird, und in den Nachthimmel blicken. Dort werden sie Lichtpunkte sehen, die von riesigen Satellitenarrays stammen, die durch den Einsatz wiederverwendbarer Raketen eingesetzt wurden und gleichzeitig Nutzlasten von Material für die erste Struktur liefern, die auf dem Mond gebaut wird.