Bevölkerungswachstum und Urbanisierung verursachen weltweit einen immensen Bedarf an Baustoffen. Die Herstellung von Stahl und Beton ist aber teuer, energieaufwendig und nutzt endliche natürliche Ressourcen wie Sand oder Eisenerz. In Karlsruhe arbeitet ein buntes Team aus Architekten, Bau- und Bioingenieuren an nachhaltigen Alternativen.

Das Fachgebiet „Nachhaltiges Bauen“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird seit April 2017 vom Architekten Prof. Dirk E. Hebel geleitet. Zuvor forschten Hebel und seine KIT-Kollegen Karsten Schlesier und Felix Heisel schon an der ETH Zürich und dem Future Cities Laboratory in Singapur. Der Grundstein ihrer Zusammenarbeit wurde aber in Addis Abeba gelegt, erzählt Felix Heisel: „In unserer gemeinsamen Zeit in Äthiopien haben wir erlebt, was Ressourcenknappheit in der Architektur tatsächlich bedeutet – und daraus entstand der Antrieb, lokale Ressourcen besser zu nutzen.“ Bambus ist dabei ein vielversprechender Kandidat. Das Riesengras ist in den meisten tropischen und subtropischen Regionen lokal verfügbar, wächst extrem schnell, und seine holzigen Fasern und Stämme weisen eine hohe Zugfestigkeit auf. Damit tritt es in Konkurrenz zu Stahl, dem neben Beton wichtigsten Baustoff der Gegenwart. Stahl jedoch ist nicht nur energieintensiv in der Herstellung, sondern für viele ärmere Länder ein teures Importgut. In Afrika etwa verfügen gerade einmal zwei der 54 Länder über eine nennenswerte Stahlproduktion.

Inzwischen ist es den Forschern gelungen, ein Bambus-Komposit zu entwickeln, das sich als Verstärkung von Betonteilen einsetzen lässt.¹ Dazu wird der Bambus mit Wärme behandelt, in einzelne Streifen aufgefasert und schließlich mit Harzen zu einem festen Verbundwerkstoff gepresst. Mit diesen Stangen lässt sich herkömmlicher Beton im Innern verstärken. Die Bambusarmierung glänzte im Labortest mit einer Zugfestigkeit ähnlich dem von Baustahl und stellt damit eine echte Alternative dar. Nun steht der Schritt vom Labor in die Praxis an, wobei der bambusverstärkte Beton in einem mehrstöckigen Prototypen zum Einsatz kommen soll und sich dabei im Langzeittest bewähren muss.

Bei ihrer Suche nach einem nachwachsenden, tragenden Baumaterial, das eine Nutzung in der Industrie zulässt, testen die Forscher das Mycel der Pilze, ein Gewebe aus fadenförmigen Pilzzellen. Für die „Biennale of Architecture and Urbanism“ in Seoul in Südkorea entstand der „MycoTree“, ein drei Meter hoher Baum, dessen Stamm und Äste aus Dutzenden Pilzbausteinen bestehen und ein 16 Quadratmeter großes Bambusgitter tragen. Durch das ausgefeilte Design können im MycoTree beide Materialien ihre Stärken ausspielen: Die Pilzbausteine sind auf Druck belastbar und stabilisieren sich gegenseitig. Das Bambusgitter hält durch sein Gewicht und seine Zugfestigkeit die Äste des MycoTree zusammen.

Zur Herstellung der Pilzbausteine wurde bei der indonesischen Firma Mycotech ein Gemisch aus Sägespänen und Pilzsporen in Säcke gefüllt. Nach wenigen Tagen durchziehen die Pilzhyphen das Substrat, das jetzt eine schwammige Konsistenz hat und frei formbar ist. In diesem Stadium wird die Masse je nach gewünschtem Design in vorgefertigte Formen gefüllt und darin, nach einer zweiten Wachstumsphase, getrocknet. Bei der Trocknung stirbt der Pilz, die Masse wird fest und das Geflecht aus Pilzmycel stabilisiert die Bausteine.

„Man kann sich die Pilzbausteine vorstellen wie Pressspanplatten, bestehend aus Sägespänen und einem Kleber, nur dass bei den Pilzbausteinen der Kleber eben das Mycel des Pilzes ist“, erläutert Heisel und fährt fort: „Unseres Wissens ist der MycoTree die erste Struktur aus Mycel, die nicht nur sich selbst, sondern zusätzlich auch eine Last trägt.“ Für das Design kam dem MycoTree das Know-how von Philippe Block von der Block Research Group (BRG) der ETH Zürich zugute. Block hat ausgefeilte grafische Methoden zur dreidimensionalen Berechnung von Statik entwickelt. So gelingt es, aus einem eher brüchigen Material wie den Mycelbausteinen eine stabile Konstruktion zu bauen. „Wir wollten zeigen, was alles möglich ist, wenn das Design stimmt“, sagt Heisel.

Felix Heisel und seine Kollegen wollen in den nächsten Jahren weiter mit den Mycelbausteinen arbeiten: „Von der Petrischale bis zur architektonischen Anwendung“, wie Heisel sagt. „Wir haben hier ein relativ leichtes Material, das einem gewissen Druck standhält und in einem bestimmten Volumen frei formbar ist.“ Weiterer Vorteil: Das Know-how zur Produktion von Pilzen im großen Maßstab ist bereits vorhanden. Die Nahrungsmittelindustrie ist aber nur an den Fruchtkörpern der Pilze interessiert. Das Mycel, das für die Bauindustrie von Interesse ist, fällt bei der Pilzproduktion als Abfall an.

Vielleicht wohnen in Zukunft die Menschen also in „gewachsenen“ Häusern aus Bambus und Pilzen. Das hätte auch den Vorteil, dass diese Materialien nach der Nutzung leicht getrennt und wiederverwendet werden können. Ganz im Sinne der Kreislaufwirtschaft und der Grundfrage, die sich die Karlsruher Forscher stellen: „Wie müssen wir in Zukunft bauen, damit wir die verwendeten Materialien später wieder sortenrein auseinanderbekommen und ihren jeweiligen Kreisläufen zuführen können?“

Literatur:

¹ Javadian, A et al. (2016) Bond-behavior study of newly developed bamboo-composite reinforcement in concrete, Construction and Building Materials Vol122, p110-117, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.084