07.11.2017 Bettina Sigmund

Bio-Board: Material aus Fasern von Mikroorganismen

Visualisierung der Mikrostruktur des Bio-Boards. Cellulose Fasern werden mit Hilfe von Biopolymeren fixiert (Foto: Hochschule Augsburg)

Dass unsere Ressourcen endlich sind, ist in vielen Köpfen und in vielen Branchen angekommen. Bereits 1972 wurde am Massachusetts Institute of Technologie die Studie »Grenzen des Wachstum« veröffentlicht. Seitdem wurde viel diskutiert, die Vorkommen an natürlichen Ressourcen sind jedoch weiter geschrumpft. Aktuell wird in vielen Branchen nach innovativen Ansätzen zur verbesserten Rohstoffverwertung, zu Produkt- und Materialrecycling sowie zur Entwicklung neuer biologischer Werkstoffe geforscht – zum einen angetrieben durch die ökologische Notwendigkeit, zum anderen aber auch ganz pragmatisch durch wirtschaftliche Aspekte. Auch in der Baubranche suchen Wissenschaftler verstärkt nach natürlichen und nachwachsenden Alternativen, um langfristig konventionelle Baumaterialien zu ersetzen. Dabei spielt die Ressourcenschonung durch die Reduktion des Material- und Energieverbrauchs von Gebäuden während der Nutzungsphase eine ebenso große Rolle wie die zur Herstellung der Baustoffe und deren späteren Rückbau benötigte Graue Energie. »Biobasierte Werkstoffe tragen zur Reduktion der Grauen Energie bei und eröffnen eine Chance für die Bioökonomie, in einen der weltweit größten Wirtschaftsmärkte Einzug zu halten.«, erläutert Prof. Timo Schmidt, Fachgebiet Fassadentechnologie und –Design der Universität Augsburg. Das Forschungsprojekt »Bio-Board« am Fachgebiet Fassadentechnologie und Design an der Hochschule Augsburg befasst sich mit der Entwicklung einer aus Mikroorganismen generierten Werkstoffplatte. Diese soll durch gezielt gesteuerte Wachstumsprozesse direkt für die jeweilige Einbausituation in die passende Geometrie und mit optimierten Eigenschaften »gezüchtet« werden. »Neben verbesserten mechanischen Eigenschaften und der Geometrie- und Maßstabsunabhängigkeit ist vor allem der wachstumsbasierte und damit energiearme Herstellungsprozess von großflächigen Materialien besonders innovativ«, erläutert Prof. Timo Schmidt. Ein interdisziplinäres Forschungsteam befasst sich aktuell mit der Identifikation von geeigneten Mikroorganismen und der optimalen Zusammensetzung des Nährmediums für deren Wachstum. Viele Mikroorganismen produzieren eine sogenannte extrazelluläre Matrix – eine Grundsubstanz mit hohem Faseranteil. Diese Fasern verfügen über unterschiedliche mechanische Eigenschaften, die durch Wissenschaftler über biotechnologische Verfahren angepasst und optimiert werden können. »Mechanosensitive Organismen haben die Fähigkeit, ihre Fasern entlang von voreingestellten Spannungsfeldern auszurichten. Bei phototrophen Organismen kann die Faserausrichtung über Licht gesteuert werden. Andere Mikroorganismen lassen ihr Wachstum über die Nährmedium- oder Gasversorgung steuern« erklären die Wissenschaftler die Vielfalt der Möglichkeiten. Im Rahmen des Forschungsprojekts konnten bereits durch Bakterien Cellulose-Vliese mit einer Dicke von mehreren Zentimetern hergestellt werden. Die Forscher glauben daran, dass die Bio-Platten langfristig holzbasierte Werkstoffplatten oder den Verbundwerkstoff WPC (Wood-Plastic-Composite) ersetzen könnten. Ziel ist es, Verbundmaterialien aus unterschiedlichen Mikroorganismen zu schaffen und mit bereits etablierten biobasierten Werkstoffen zu kombinieren, um die Eigenschaften weiter zu optimieren.
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