Die Oregon State University und das Sandia National Laboratory haben vom US-Energieministerium einen dreijährigen Zuschuss in Höhe von 540.000 Dollar erhalten, um zu untersuchen, ob es möglich ist, Kohlendioxid aus Industrieemissionen abzuscheiden, bevor es in seiner mineralisierten Form in 3D-gedruckten Baumaterialien eingeschlossen wird. Ziel der Forscher ist es, einen wichtigen Wirtschaftszweig, das Baugewerbe, das zu den emissionsintensivsten Branchen gehört, umweltfreundlicher zu gestalten. Die Studie wird von einem Team unter der Leitung von Pavan Akula, Assistenzprofessor für Bauingenieurwesen am OSU College of Engineering, durchgeführt, das aus Forschern von Sandia, dem Indian Institute of Science, dem Indian Institute of Technology Roorkee und den beiden Industriepartnern Graymont und Verdant Building Alternatives besteht.
In den letzten Jahren haben das Problem der globalen Erwärmung und die Notwendigkeit die Umwelt zu schützen, zugenommen. Allein die Bauindustrie ist für die Erzeugung von 13 % der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich. Der 3D-Druck gilt als mögliche Lösung für dieses Problem und in den letzten Jahren wurden bereits einige 3D-Druckprojekte mit Beton durchgeführt. Den Forschern zufolge, die diese Studie initiiert haben, könnte das Problem jedoch tatsächlich im verwendeten Material selbst liegen. „In den letzten Jahren hat die 3D-Drucktechnologie für Beton im Bauwesen an Popularität gewonnen, da sie eine nachhaltigere Alternative darstellt – sie reduziert sowohl Abfall als auch Transportkosten. Allerdings werden für den 3D-Druck von Beton meist nur herkömmliche Materialien verwendet, die sehr kohlenstoffintensiv sind“, erklärte Professor Pavan Akula.
Bild: Oregon State University
Genauer gesagt spricht er von Portlandzement, welcher in den frühen 1800er Jahren in England entwickelt wurde. Heute ist es das am häufigsten verwendete Bindemittel für Beton. Er wird in der Regel durch Abbau, Mahlen und Erhitzen von Ton und Kalkstein in Industrieöfen bei Temperaturen von bis zu 2.820 Grad Celsius hergestellt. Durch diesen Prozess wird die Chemie der Materialien verändert und es entsteht „Klinker“, der Hauptbestandteil von Zement. Bei diesem Ablauf entstehen jedoch auch große Mengen an Kohlendioxid – und genau hier wollen die Forscher ansetzen.
Neues 3D-Druckmaterial könnte zu nachhaltigerem Bauen führen
Wie also kann der 3D-Druck zur Lösung dieses Problems beitragen? Das Projekt verfolgt das Ziel, das von der Kalk- und Zementindustrie emittierte CO₂ aufzufangen und nachhaltige Bindemittel zu entwickeln, die das aufgefangene Kohlendioxid in gedruckten Bauteilen wie z.B. in Wänden speichern und mineralisieren können. „Unser Projekt zielt darauf ab, Technologien und Materialien zu entwickeln, die den CO₂-Fußabdruck der im 3D-Druck verwendeten Materialien erheblich reduzieren können“, so Akula.
Portlandzement ist im Bauwesen weit verbreitet, obwohl er Kohlendioxid freisetzt (Bild: KVDP, Public domain, via Wikimedia Commons)
Das Thema ist besonders wichtig, da die Nachfrage nach Beton voraussichtlich weiter steigen wird, ebenso wie der weltweite Trend zur Urbanisierung. Daher ist der Einsatz neuer Technologien unerlässlich, um die Probleme der Gegenwart zu lösen. Ebenfalls werden neue Materialien und Vorgehensweisen in der Zukunft erforderlich sein, um einer sich ständig verändernden Welt gerecht zu werden. Diese neuen Lösungen können es ermöglichen, die im Pariser Vertrag festgelegten Ziele zu erreichen. Der 2015 von den Mitgliedstaaten des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen unterzeichnete internationale Vertrag sieht vor, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur unter die Schwelle von 2 °C über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen und diesen Anstieg auf 1,5 °C zu beschränken, da dies die Risiken und Auswirkungen des Klimawandels erheblich verringern würde.
Dies ist nicht das einzige laufende Projekt mit diesem Ziel. Wir haben wiederholt über das Thema Nachhaltigkeit in der additiven Fertigung und über innovative Projekte berichtet, die durch den Einsatz von 3D-Technologien zum Schutz der Umwelt beitragen. Im Bauwesen haben wir zum Beispiel bereits gesehen, wie Lehm oder Materialien biologischen Ursprungs verwendet werden, um nachhaltigeren Wohnraum zu schaffen. Darüber hinaus wurden vor kurzer Zeit Initiativen wie das europäische Projekt ConstructAdd ins Leben gerufen, das die Vorteile des Einsatzes von Metall als 3D-Druckmaterial im Bau- und Automobilsektor untersucht. Weitere Informationen über die Arbeit von Professor Akula finden Sie in der Pressemitteilung HIER.
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*Titelbildnachweis: COBOD