Hausbau
So geht klimaneutrales Bauen: T-Träger aus Algen und Granit
Ratgeber / Lesedauer: 7 min
Jetzt im Winter sieht man sie ja eher selten, in den Sommermonaten dafür umso öfter an den Stränden: Algen.
Für Sport und Ernährungsjunkies sind die grünen, glibberigen Wasserpflanzen ein nahrhaftes Superfood. Algen essen bedeutet: viele Vitamine und viel Folsäure zu sich zu nehmen. Und die gibt es mittlerweile auch getrocknet - Spirulina Algen.
Algen als T-Träger?
Doch ein Forscherteam aus München sieht in den Algen noch mehr Potenzial. Durch viele biochemische Prozesse lassen sich aus den schnell wachsenden Salzwasser Pflanzen, stahlharte T-Träger entwickeln. Aus dem gewonnenen Öl wird eine Carbonfaser entwickelt, die im Verbund mit Stein als Carbonfaser Komposit trotzdem leichter als Aluminium und genauso stark wie Stahl sein soll.
So könnten Algen ein Baustoff der Zukunft sein. Wir wollen wissen, wie aus den weichen Algen ein tragfähiger Baustoff für den Hausbau, die Industrie oder den Flugzeugbau entstehen kann. Dafür besuchen wir die Technische Universität München. BAUEN & WOHNEN fragt nach, wie der Prozess genau funktioniert.
Herstellung: So werden aus Algen tragfähige Baustoffe
Aus CO₂, Wasser, ein paar Spurenelementen und LED-Licht, das die Sonne simuliert, bauen Algen Biomasse auf, das in Öl umgewandelt wird. Doch ganz so einfach ist es nicht:
BAUEN & WOHNEN darf hinter die Kulissen blicken: Wir betreten die sogenannte "Almeria". Ein Glasgebäude, in dem ein warmes Klima simuliert wird. Exakt das Klima der andalusischen Hafenstadt Almeria im Süden Spaniens, mit einer Lufttemperatur von etwa 30 Grad Celsius.
Hier werden die Algen unter idealen Bedingungen im Gewächshaus gezüchtet, was zudem einen genau definierten Salzgehalt im Wasser erfordert. Große Fenster lassen UV-Strahlen hindurch, damit die Photosynthese stattfinden kann. Zusätzlich sind über 100 Hochleistungs-LED-Leuchten installiert, die mit 30 Watt pro Quadratmeter die Wasseroberfläche beleuchten. Es ist wichtig, dass das Algenwasser ständig in Bewegung bleibt, damit alle Algen gleichmäßig wachsen. Die obere Lage, die dem Licht näher ist, wächst schneller und wird dann durchmischt.
In den Becken beginnen die Algen mit der Photosynthese und produzieren Biomasse, wobei sie die Energie des Lichts nutzen. In einer zweiten Phase erfolgt die Anreicherung von Nährstoffen, wie beispielsweise Stickstoff, bis die Alge nicht mehr wächst und in der Zelle Biomasse akkumuliert, die zu etwa 50 % aus Fett besteht, das chemisch dem von Olivenöl oder Sonnenblumenöl ähnlich ist –ein Triglycerid.
Vorteil von Algen
Algen wachsen schnell und können nach etwa zwei Wochen geerntet werden.
Bei dieser Algen Ernte wird das mittlerweile tiefgrüne Wasser durch einen Schlauch gepumpt und gelangt unterirdisch zu einer Zentrifuge. Hier wird das Wasser abgetrennt, und übrig bleibt Algenbiomasse.
Diese Biomasse wird dann weiterverarbeitet, um Öl zu gewinnen. Durch chemische Prozesse wird daraus Glycerin und mit einem zweistufigen thermo-katalytischen Prozess wird Acrylnitril gewonnen, aus dem schließlich Polyacrylnitril, eine polymere Kunstfaser und Vorläufer der Carbonfaser, hergestellt.
Professor Thomas Brück, TU MünchenDie Vorteile gegenüber Bauteilen aus Stahl sind vielfältig: Dieser Verbund rostet nicht, die Bauteile sind extrem leicht, flexibel und belastbar, und trotzdem sind die Herstellungskosten identisch mit denen von Stahl.
„Wenn man nun diese Carbonfaser mit Kleber und einem Stein, beispielsweise Granit, verbindet, erhält man einen Baustoff, der sehr stabil ist.
Die Vorteile gegenüber Bauteilen aus Stahl sind vielfältig:
- Dieser Verbund rostet nicht
- Die Bauteile sind extrem leicht, flexibel und belastbar
- Die Herstellungskosten sind identisch mit denen von Stahl
"Was wir hier sehen, ist ein sogenannter Carbonfaser Stein oder CFS-T-Träger. In der Mitte befindet sich etwa 1 Millimeter Carbonfaser Komposit, das von beiden Seiten von bayerischem Granit flankiert wird. Dieses Modell dient als Demonstration für einen echten Träger, der in Tests einem gleich großen Stahlelement gegenübergestellt wurde. Dabei hat dieser Träger deutlich höhere Belastungen standgehalten als das Stahlelement. Interessanterweise rostet dieser Baustoff nicht, was zu einer höheren Stabilität in Bauwerken wie Brücken oder Häusern führt."
Welche Algen eignen sich dafür?
Doch welche Algen eignen sich dafür? Sie ist gelbgrün und liebt Salzwasser: In der Natur gibt es rund 15.000 verschiedene Algenstämme, von denen sich jedoch nur etwa zehn bis fünfzehn industriell genutzt werden.
Einer der Favoriten ist die Salzwasseralge Microchloropsis salina.
Haltbarkeit und Einsatzmöglichkeiten
Bauteile dieser Art könnten mehrere hundert Jahre überdauern, ohne an Leistungsfähigkeit einzubüßen. Die Eigenschaften der Zug- und Druckfestigkeit, Dehnung bleiben dabei bestehen.
Der Verbund rostet nicht und die Kosten wären identisch wie bei der Herstellung mit Stahl. Wenn Granit mit dem Carbon kombiniert wird, ist die Herstellung von Trägern möglich, die so tragfähig wie Stahl und dabei leicht wie Aluminium sind.
Daher könnten die Bauteile interessant für die Bauindustrie sein, die für einen erheblichen Teil des weltweiten Kohlendioxidausstoßes verantwortlich ist. Auch für den Flugzeugbau wäre das ein Meilenstein.
Doch wie haltbar sind denn solche Bauteile aus Carbonfaser Granit?
Meint Kolja Kuse, Leiter MCT® - Anwendungsentwicklung| TechnoCarbonTechnologiesHeutiger Stahlbeton hält ungefähr 40 bis 60 Jahre. Ein Schwarzwald Haus, wenn es nicht abbrennt, hält 300 Jahre. Und wir sind davon überzeugt, dass unser Material mindestens 500 oder 1000 Jahre übersteht.
Vom Labor und Testmodellen wollen wir nun ein reales Beispiel sehen. Hier wurde ein Balkon saniert. Normalerweise hätte man beim Bau dieser Terrasse den Steinbelag auf eine Betonplatte gelegt. Jetzt befindet sich unter der Steinschicht, eine Carbonfaserschicht, verbunden und verklebt mit Harz. Darunter wurde dann der Holzträger befestigt.
Im Detail sieht das so aus:
Kolja KuseDer Stein ist tatsächlich flexibel und wird durch die Carbonschicht geschützt vor Bruch.
„Wir haben hier einen Streifen abgeschnitten von seiner Terrassenplatte und diese Platten sind auf der Unterseite mit Carbon beschichtet. Wie man hier sehen kann. Und durch die Carbonbeschichtung kann der Stein jetzt belastet werden. Der Stein ist flexibel, der Stein selber ist tatsächlich flexibel und wird durch die Carbonschicht geschützt vor Bruch. Und wie Sie sehen, kann ich die Steinplatte auf der Oberseite jetzt belasten, ohne dass diese Steinplatte bricht und diese Platten werden getragen durch die restliche Struktur aus Stützen und Trägern und Querträger.“ erklärt Kolja Kuse weiter.
Da ein Balkon nur von oben belastet wird, reicht das vollkommen. Ohne die schützende Carbonschicht auf der Unterseite, würde die Steinplatte sofort brechen.
Mit der Terrasse wurde ein neuer Prototyp errichtet. Nun soll das Produkt auch eine Zertifizierung für Baubereich bekommen. Investoren werden noch gesucht. Mit diesem„Aufbauschema“ wären aber noch andere Bauteile denkbar: im Brückenbau oder Gleisbau.
Hauswand im Baukastensystem
Auch Hauswände wären möglich. Hier gibt es schon Entwicklungen für Standard-Fertigbauelement im Baukastensystem, das im Oktober im Deutschen Museum in München veröffentlicht wurde. Diese Hauswand wurde im Rahmen des geförderten Projektes "CDRterra" entwickelt. Sie besteht aus Carbonfasern stabilisierten Steinplatten mit einer innenliegenden Isolationsschicht aus Biokohle.
Britta Waschl, Geschäftsführerin e5Wir können den Bausektor so gestalten, dass er nicht mehr CO₂ ausstößt, sondern im Gegenteil CO₂ bindet.
Der Einsatz von Carbonfasern in der Baubranche könnte jedenfalls zur Klimaneutralität beitragen.
In München stehen alle Zeichen auf Grün, damit diese Bauteile bald auch industriell gefertigt und verbaut werden können.