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Baustoffe kultivieren: Pilzmyzelium als Werkstoff

Der sogenannte MycoTree stellt laut den Wissenschaftlern der ETH Zürich »eine provokative Vision dar, wie Baumaterialien anstatt aus den Erdschichten abgebaut, nun über Kultivierung und Wachstum generiert werden können; Wie durch eine optimierte Geometrie Stabilität und Materialfestigkeit erzeugt werden kann, um auch schwächere Materialien strukturell und sicher einzusetzen; Und letztlich, wie regenerative Materialien in Kombination mit fundiertem Strukturdesign das Potenzial haben, eine Alternative zu etablierten Baustoffen vorzuschlagen.«

Der MycoTree ist eine verzweigte Struktur aus direkt in Form gewachsenen Pilz-Myzelium-Baublöcken, die mittels Bambus-Steckverbindungen zu einer verzweigten Struktur aufeinandergeschichtet wurden. Diese ist trotz des relativ weichen Baumaterials aus Pilzgeflecht erstaunlich stabil und trägt ihre Dachkonstruktion selbst.

Pilzwurzelwerk als Baumaterial
Myzelium ist das Wurzelwerk von Pilzen, ein schnell wachsendes Geflecht aus fadenförmigen Zellen. Die Pilze ernähren sich von Cellulose und wandeln sie in Chitin um. Um die Bausteine aus Myzelium herzustellen, mischten die Forscher Gewebe des Pilzes Ganoderma lucidum (Glänzender Lackporling) mit Holzspänen oder anderen pflanzlichen Abfällen als Nahrung. Auf einer Farm des Industriepartners Mycotech in Indonesien wuchs unter Zugabe von Wasser in wenigen Tagen eine dichte, schwammähnliche Substanz aus miteinander verflochtenen Zellfäden heran. Diese Masse wurde dann in eine Form gefüllt, um sich innerhalb einiger weiterer Tage zusätzlich zu verdichten und in die Form hineinzuwachsen. Um das Wachstum zu stoppen, musste der Pilz abgetötet werden, indem die Masse getrocknet wurde. Das Ergebnis waren leichte Bausteine, die gute Isolationseigenschaften aufweisen.

Geometrie folgt dem Kraftverlauf
Um die statischen Eigenschaften, die Druck- und Zugbelastbarkeit, des relativ schwachen Materials zu optimieren, wurde für das Ausstellungsprojekt MycoTree eine Polyederform gewählt, die dem Kraftverlauf folgt. Die Wissenschaftler am KIT und der ETH Zürich griffen bei der Planung auf Methoden grafischer Statik zurück. Das bedeutet, dass statische Aufgaben zunächst zeichnerisch gelöst werden. Mithilfe moderner Software wurde dann die zweidimensionale grafische Statik um die dritte Dimension erweitert. Durch die so entstandene optimierte Geometrie, wurde es möglich, aus Myzelium und Bambus tragfähige Leichtbauelemente herzustellen.

Hintergrund des Forschungsansatzes
Mit steigenden Bevölkerungszahlen wächst auch der Bedarf an Materialien und Ressourcen immer weiter an. Aktuell wird in vielen Branchen nach innovativen Ansätzen zur Rohstoffverwertung, zu Produkt- und Materialrecycling geforscht – zum einen angetrieben durch die ökologische Notwendigkeit, zum anderen aber auch ganz pragmatisch durch wirtschaftliche Aspekte. Besonders die Bedeutung des Rohstoffs Sand wird beispielsweise von vielen unterschätzt. Sand wird für die Produktion von Glas, Mikrochips, Papier, Zahnpasta und Kosmetik – um nur einige Branchen aufzuzählen – ebenso benötigt, wie als Zuschlagstoff für die Betonherstellung. In einigen Regionen neigen sich die Sandvorkommen nun dem Ende zu – der Verbrauch wird etwa weltweit doppelt so hoch eingeschätzt wie die natürliche Nachproduktion. Je knapper die Ressourcen werden, desto kleiner werden die gehandelten Einheiten und desto höher der dafür aufgerufene Preis. Materialeffizienz, Wiederverwendung und Recycling sind dadurch zu wichtigen Stellschrauben für Zukunftstechnologien geworden.

Die Baubranche befindet sich in einer prekären Lage, bewegen sich doch die Mengen an Material, die benötigt werden, in ganz anderen Dimensionen als in vielen anderen Branchen. Zusätzlich konzentriert sich das globale Bauwesen auf nur einige wenige Materialien. Die Entwicklung von neuen und nachwachsenden Werkstoffen, deren Effizienz mittels digitaler Planung und neuer Herstellungstools noch weiter optimiert wird, soll nun dazu beitragen, die derzeitige Praxis der Baubranche im Umgang mit Ressourcen zu hinterfragen und zukunftsfähigere Ansätze vorzuschlagen. Myzelium ist beispielsweise nicht nur ein extrem schnell wachsender möglicher neuer Baustoff, sondern die daraus hergestellten Bauelemente könnten nach ihrer Nutzungsdauer auch wieder vollständig kompostiert werden. Der Werkstoff würde so einen geschlossenen Materialkreislauf ermöglichen. Das Material hat weiterhin den Vorteil, überall lokal angebaut werden zu können, wodurch lange Transportwege überflüssig werden. Da es sich um ein organisches Material handelt, bindet es zusätzlich Kohlenstoff. Die Liste der Vorteile ist lang.

Dirk E. Hebel, Leiter des Fachgebiets Nachhaltiges Bauen am KIT ist sich deshalb auch sicher: » Nachwachsende Baustoffe erhalten so das Potenzial, konventionelle Materialien in vielen architektonischen Strukturen zu ersetzen.«

Die Publikation »Cultivated Building Materials: Industrialized Natural Resources for Architecture and Construction« von Dirk E. Hebel und Felix Heisel gibt einen spannenden Einblick in die Forschungstätigkeiten auf dem Feld der modernen kultivierten Baumaterialen und ersten daraus entstandenen Architekturen.

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