Forscher der ETH Zürich und der Empa haben einen hochfesten, feuerresistenten Verbundwerkstoff aus Industriesägemehl und einem speziellen Mineral entwickelt. Die Innovation verwandelt Millionen Tonnen Holzabfall in selbstschützende Bauelemente und bietet eine nachhaltige Alternative zu schweren, CO?-intensiven Materialien.
Die globale Holzindustrie produziert jährlich gewaltige Mengen an Sägemehl. Bislang wird der Großteil dieses Nebenprodukts verbrannt, um Energie zu gewinnen. Dabei wird jedoch der über Jahrzehnte gespeicherte Kohlenstoff sofort als CO2 freigesetzt. Der neue Prozess bindet diesen Kohlenstoff stattdessen in einem stabilen Baumaterial – und bietet zugleich hervorragenden Brandschutz. Ein großer Schritt für die Kreislaufwirtschaft in der Bauwirtschaft.
Der Schlüssel zum Erfolg liegt im Bindemittel. Das Team um Professor Ingo Bungert vom Lehrstuhl für Holzwissenschaften der ETH Zürich setzte auf das Mineral Struvit. Dieses farblose Ammonium-Magnesium-Phosphat ist für seine natürlichen Brandschutzeigenschaften bekannt. Die große Herausforderung: Struvit ließ sich bisher nicht homogen mit Holzpartikeln verbinden.
Doktorand Ronny Kürsteiner fand eine biologische Lösung. Ein Enzym aus gewöhnlichen Wassermelonensamen steuert den Kristallisationsprozess des Minerals präzise. In einer wässrigen Suspension des Vorläuferminerals Newberyit sorgt das Enzym dafür, dass sich große Struvit-Kristalle bilden. Diese durchdringen die Holzfasern, füllen die Hohlräume zwischen den Sägespänen und verkleben sie fest. Nach zweitägiger Pressung in einer Form und Trocknung bei Raumtemperatur entsteht eine stabile Platte – ganz ohne energieintensive Härtung.
Und wie schlägt sich das neue Material im „Ernstfall“? Tests mit einem Kalorimeter an der Polytechnischen Universität Turin lieferten beeindruckende Ergebnisse. Während unbehandeltes Fichtenholz unter simulierter Hitzeeinwirkung nach etwa 15 Sekunden entflammt, hielt die Struvit-Platte durchschnittlich 51 Sekunden stand. Noch entscheidender ist der aktive Selbstschutz-Mechanismus. Bei Hitze zersetzt sich das Struvit endotherm. Dieser chemische Prozess setzt Wasserdampf und nicht brennbare Gase wie Ammoniak frei. Die Gase kühlen die Oberfläche und verdrängen den für die Verbrennung nötigen Sauerstoff. Gleichzeitig verkohlt die Holzoberfläche. Zusammen bilden Mineralzersetzung und Verkohlung eine schützende, anorganische Kruste. Diese Kruste wirkt als hocheffizienter Wärmeisolator. Sie schützt die tieferen Schichten des Materials und verhindert die weitere Ausbreitung des Feuers. Erste Einschätzungen deuten darauf hin, dass die Platten damit Brandschutzklassen erreichen könnten, die den strengsten Normen für innere Gebäudetrennwände entsprechen.
Die voraussichtlichen kommerziellen Vorteile zeigen sich im Vergleich zu herkömmlichen zementgebundenen Spanplatten. Diese bestehen zu 60 bis 70 Prozent aus Zement – einem der größten Verursacher von Industrie-CO2-Emissionen. Zudem sind die Platten extrem schwer, was Transport und Einbau erschwert. Die Sägemehl-Verbundplatte kommt dagegen mit nur 40 Prozent Mineralbinder aus. Sie ist deutlich leichter, aber dennoch stabiler. Labortests ergaben, dass das Material unter Druck quer zur Faserrichtung fester ist als das ursprüngliche Fichtenholz.
Ein weiterer großer Vorteil ist die Recyclingfähigkeit. Herkömmliche Zementplatten landen nach einem Gebäuderückbau meist auf der Deponie. Die Struvit-Platten lassen sich dagegen vollständig wiederverwerten. Der Binder kann chemisch aufgelöst und als frisches Newberyit zurückgewonnen werden. Platten aus recyceltem Material erreichen nahezu die gleiche Druckfestigkeit wie Neuware, sagen die Materialforscher.
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