Hausbau mit 3D-Drucker: Forscher der Nanyang Technological University nutzen für 3D-Druck von Häusern recycelten Beton aus Flugasche

Wissenschaftler der Nanyang Technological University Singapur nutzen Flugasche, um daraus einen 3D-druckbaren Geopolymer-Mörtel herzustellen. Dieser enthält zudem Stahlschlacke und weitere Chemikalien.

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Logo Nanyang Technological Universität Singapur.Das Verbrennen von Kohle ist nicht die effizienteste und umweltschonendste Art, Strom und Wärme zu erzeugen. In vielen Orten wird die Kohle dafür aber immer noch eingesetzt. Deshalb suchten die Forscher der Nanyang Technological University (NTU) Singapur nach einer Möglichkeit, die Bestandteile bzw. Abprodukte der Kohle noch anderweitig zu nutzen, und kamen auf die Idee, den Kohle-Rückstand Flugasche zu verwenden.

Für die Forschung benötigte das Team um Ming Jen Tan von der Fakultät für Mechanik, Luft- und Raumfahrttechnik einem Bericht der Zeitschrift „Cleaner Production and Materials Letters“ zufolge etwa zwei Jahre. Durch das Mischen der Flugasche mit Stahlschlacke und weiteren Chemikalien gelang es den Forschern, einen 3D-druckbaren Geopolymer-Mörtel herzustellen, welcher zur Fertigung großer fester Strukturen durch 3D-Drucker eingesetzt werden kann. Dieser Mörtel könnte nach Meinung der Forscher die Zukunft des 3D-Drucks von Gebäuden darstellen. Bereits im letzten Jahr haben wir darüber berichtet, dass in Singapur eine Siedlung von Häusern entstehen soll, die mit dem 3D-Drucker gefertigt wird.

Forscherteam der NTU
Ein Teil des Forscherteams um Tan Ming Jen (rechts) mit einer 3D-gedruckten Betonstruktur, die auch Flugasche enthält. (Bild: © Nanyang Technological University)

Natürlich stellt das Verfahren selbst – vom Durchfluss des Material bis hin zu den Einstell- und Druckzeiten – eine große Herausforderung dar. Das

NTU-Forscherteam ist aber der Meinung, dass es sich durchaus um ein tragfähiges Produkt handelt, zumal es aus Abfällen hergestellt wird, die nahezu überall auf der Welt vorhanden sind. Für die Forschung nutzte das Team Flugasche eines indischen Kohlekraftwerks, ist aber der Meinung, dass die Rückstände auch an anderen Orten gesammelt werden können.

Bildliche und chematische Darstellung der Betonmischung
Bildliche und schematische Darstellung der Betonmischung aus Flugasche. (Bild: © Nanyang Technological University)

Aber auch in Singapur selbst könnte das Verfahren verwendet werden. Hier gibt es nur eine einzige Deponie, die bis 2035 geschlossen werden soll. Wird aber der Abfall aufbereitet, um so Flugasche für das neue 3D-Druck-Material produzieren zu können, könnte die Deponie länger geöffnet bleiben und würde die Notwendigkeit einer zweiten Deponie herauszögern.

Noch interessanter ist natürlich, dass der 3D-druckbare Beton der Bauindustrie helfen würde, ihren CO2-Ausstoß zu verringern, da von Grund auf keine neuen Materialien hergestellt werden müssten. Derzeit trägt die Betonproduktion weltweit zu etwa fünf Prozent der Kohlendioxyd Emissionen bei.

Objekt aus 3d-gedrucktem Beton
Dieser kleine Baukörper wurde mit 3D-gedrucktem Beton aus Flugasche und Stahlschlacke errichtet. (Bild: © Nanyang Technological University)

Es stellt sich natürlich die Frage, ob die Recycling-Betonmischung von genauso guter Qualität ist wie neu produzierter Beton. Die Forscher der NTU haben sich dieser Frage angenommen und festgestellt, dass der 3D-druckbare Beton genauso stark sei, wenn die Strukturen praktisch orientiert sind. „Die mechanischen Eigenschaften des 3D-gedruckten Geopolymers sind meist aufgrund der anisotropen Beschaffenheit des Druckprozesses von den Belastungsrichtungen abhängig“, so die Forscher. Sie arbeiten auch daran, das Material genauso stark zu machen wie Stahlbeton. Deshalb setzen sie ihre Studie fort und möchten daran arbeiten, das Material zu perfektionieren, gleichzeitig aber auch die Kosten zu reduzieren.

Auch das Problem der Überwindung von Überhängen wird in der vor Kurzem unter dem Titel „Additive manufacturing of geopolymer for sustainable built environment“ veröffentlichten Studie, die von dieser Webseite kostenpflichtig heruntergeladen werden kann, angesprochen. Hier sei es eine Option, Stützstrukturen zu nutzen. Vielleicht könnte das Geopolymer-Mix aber auch dazu beitragen, die Menge der Stützstrukturen zu reduzieren. Um die Forschung im Bereich des 3D-Drucks insgesamt zu verbessern, hat die NTU im letzten Jahr 30,7 Millionen US-Dollar in die Errichtung eines neuen 3D-Druck-Zentrums investiert.

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