Nachwachsende Baustoffe für die Städte der Zukunft

(13.9.2017) Wiederverwertbare Baustoffe wie Myzelium (Gesamtheit der Pilzfäden eines höheren Pilzes; Pilzgeflecht) oder Bambus könnten künftig konventionelle Materialien wie Stahl und Beton ersetzen. In diesem Sinne erforschen Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der ETH Zürich seit geraumer Zeit den Einsatz von Myzelium in der Architektur und zeigen aktuell ihre Vision unter dem Titel „Beyond Mining – Urban Growth“ bei der Seoul Biennale of Architecture and Urbanism 2017.

Der „MycoTree“, eine Struktur aus Myzelium und Bambus. Die Geometrie wurde mit Methoden grafischer Statik in 3D optimiert und tragfähig gemacht. (Foto © Carlina Teteris)

Das Bauwesen konzentriert sich global auf einige wenige Materialien - aber die Ressourcen sind endlich. So droht u.a. Sand, ein wichtiger Zuschlagstoff für Betone, in manchen Regionen bald auszugehen. So macht der Einsatz von Stahlbeton viele Länder von Importen abhängig. Wissenschaftler des Fachgebiets Nachhaltiges Bauen an der Fakultät für Architektur des KIT suchen deshalb nach Alternativen zu konventionellen Materialien: „Unsere Vision ist, Häuser künftig sozusagen wachsen zu lassen und nach Ende ihrer Nutzung die Baustoffe wiederzuverwerten“, erklärt der Leiter des Fachgebiets, Professor Dirk E. Hebel. Gemeinsam mit der Block Research Group (BRG) an der ETH Zürich erforscht das interdisziplinäre Karlsruher Team aus Architekten, Bau- und Bioingenieuren, Material- und Energiewissenschaftlern unter Federführung von Karsten Schlesier und Felix Heisel den Einsatz regenerativer Materialien in der Architektur.

Bis 5. November präsentieren die Forscher unter dem Titel „Beyond Mining - Urban Growth“ bei der Seoul Biennale of Architecture and Urbanism  ihren „MycoTree“ - eine Struktur aus Myzelium und Bambus, deren Geometrie sie mit Methoden grafischer Statik in 3D optimiert und tragfähig gemacht haben:

Zur Erinnerung: Myzelium ist das Wurzelwerk von Pilzen, ein schnell wachsendes, feines Geflecht aus fadenförmigen Zellen. Die Pilze ernähren sich von Cellulose, dem Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände, und wandeln sie in Chitin um.

Um Bausteine aus Myzelium herzustellen, verwenden die Forscher aus Karlsruhe und Zürich den Pilz Ganoderma lucidum (Glänzender Lackporling) und mischen Pilzgewebe mit Holzspänen oder anderen pflanzlichen Abfällen. Auf einer Farm des Industriepartners Mycotech in Indonesien wächst in wenigen Tagen eine dichte, schwammähnliche Substanz aus miteinander verflochtenen Zellfäden. Diese Masse lässt sich in fast jede Form füllen, wo sie sich über einige Tage weiter verdichtet. Abschließend wird sie getrocknet, um das Wachstum zu stoppen und den Pilz abzutöten. Das Ergebnis sind leichte Bausteine. Das Team um Professor Dirk E. Hebel arbeitet außerdem an neuartigen Verbundwerkstoffen mit Bambus. Dieser besitzt lange, stabile Fasern und wächst deutlich schneller als Holz.

Grafische Statik zur Optimierung von Druck- und Zugbelastzonen

Die Druck- und Zugbelastbarkeit gewachsener oder wiederverwerteter Baustoffe ist gewöhnlich vergleichsweise gering. Durch gezielte Gestaltung der geometrischen Form und des inneren Kräfteflusses lassen sich diese Eigenschaften jedoch wesentlich verbessern. Die Wissenschaftler am KIT und der ETH Zürich greifen dabei auf Methoden grafischer Statik zurück, bei der statische Aufgaben zeichnerisch gelöst werden. Mit Hilfe moderner Software erweitern sie die traditionell zweidimensionale grafische Statik auf die dritte Dimension. „Nachwachsende Baustoffe erhalten so das Potenzial, konventionelle Materialien in vielen architektonischen Strukturen zu ersetzen“, erklärt Dirk E. Hebel.