Ein Forschungsteam der ETH Zürich hat ein neuartiges Baumaterial entwickelt, das Sägemehl als Hauptbestandteil nutzt. Es eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und hohen Feuerfestigkeit vor allem für den Innenausbau.
Das Material basiert auf der Verbindung von Sägemehlpartikeln mit dem mineralischen Bindemittel Struvit, einem farblosen Ammoniummagnesiumphosphat. Während Sägemehl oft verbrannt und dabei Kohlendioxid freigesetzt wird, schafft die neue Methode eine Möglichkeit, Holzabfälle nachhaltig im Materialkreislauf zu halten.
Eine Herausforderung bei der Herstellung war das Kristallisationsverhalten von Struvit, das die Verbindung mit Sägemehl erschwert. Die Forschenden nutzen dazu ein Enzym, das sie aus den Kernen von Wassermelonen gewinnen, um die Kristallisation des Struvits in einer wässrigen Suspension mit Sägemehl zu kontrollieren. So entstehen große Kristalle, die die Hohlräume des Sägemehls ausfüllen und die Partikel miteinander verbinden. Das Material wird anschließend gepresst und getrocknet.
Neben seiner mechanischen Robustheit zeichnet sich das Material durch seine hohe Feuerfestigkeit aus. «Das Material ist gegenüber Druck stabiler als das ursprüngliche Fichtenholz senkrecht zum Verlauf der Holzfasern», erklärt Ronny Kürsteiner, der das Verfahren im Rahmen seiner Doktorarbeit unter der Leitung von Ingo Bungert, Professor für holzbasierte Materialien, entwickelt hat.
Das Material ist nicht brennbar und besonders für den Innenausbau geeignet. Unter Hitze zersetzt sich das Mineral, dabei werden Wasserdampf und Ammoniak freigesetzt. Dies ist ein Vorgang, der Wärme aus der Umgebung aufnimmt und dadurch kühlend wirkt. Zudem verdrängen die freigesetzten, nichtbrennbaren Gase die Luft, die so dem Feuer zur weiteren Ausbreitung fehlt, sodass das Material schneller verkohlt.
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Das ETH-Team hat mit Forschenden am Polytechnikum Turin zusammengearbeitet, die das Material in einem sogenannten Kegelkalorimeter getestet haben. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Prüfverfahren, welches das Verhalten bei externer Hitzeeinstrahlung nachbildet. Während unbehandeltes Fichtenholz nach etwa 15 Sekunden Feuer fängt, dauert dies bei den Struvit-Sägemehl-Kompositen mehr als dreimal so lange. Hat es einmal Feuer gefangen, bildet sich schnell eine Schutzschicht aus anorganischem Material und Kohlenstoff, die das Material vor einer weiteren Ausbreitung des Feuers schützt. Kürsteiner betont: „Die Struvit-Sägemehl-Platten schützen sich also quasi von selbst.“
Erste Schätzungen hätten gezeigt, dass das Material die gleiche Brandschutzklasse erreichen könnte wie herkömmliche zementgebundene Spanplatten. Dies müsse jedoch noch mit grösseren Flammschutzexperimenten bestätigt werden. Solche Spanplatten sind heute im Innenausbau für Flammschutzanwendungen weit verbreitet. Sie bestehen aus 60 bis 70 Gewichtsprozent Zement, sind entsprechend schwer und haben aufgrund des hohen Energieverbrauchs bei der Zementherstellung eine schlechte Klimabilanz. Die Struvit-Sägemehl-Platten bestehen dagegen nur zu 40 Prozent aus Bindemittel und sind deutlich leichter.
Einfacher Recyclingprozess
Ein weiterer Vorteil liegt im einfachen Recyclingprozess: Das Material kann durch mechanisches Aufbrechen und Erhitzung in seine Einzelbestandteile zerlegt werden. Der mineralische Ausgangsstoff für Struvit, das sogenannte Newberyit, kann erneut verwendet werden, während das Sägemehl abgesiebt wird.
Newberyit kann anschliessend erneut mit Sägemehl zu Kompositen verarbeitet werden. Es kann zudem als natürlicher Dünger eingesetzt werden.
In einem nächsten Schritt wollen die Forschenden den Produktionsprozess weiter optimieren und skalieren. Ob sich das Material in der Baubranche durchsetzen wird, hänge vor allem von den Kosten des Bindemittels ab, sagt Kürsteiner. Im Vergleich zu Polymer-Bindemitteln oder Zement ist Struvit verhältnismässig teuer. Das könnte sich jedoch durch das Erschliessen eines weiteren Kreislaufs ändern: Struvit fällt nämlich in grösseren Mengen in Kläranlagen an und verstopft dort die Abwasserrohre. «Diese Ablagerungen könnten wir als Ausgangsmaterial für unseren Baustoff verwenden», so Kürsteiner.
Weitere Informationen zum Forschungsprojekt:
Aus Sägemehl wird ein Brandschutzmaterial | ETH Zürich
Homepage der Professur für holzbasierte Materialien: ifb.ethz.ch/woodmaterialsscience
