Schweizer Forscher entwickeln feuerfeste Bauplatten aus Sägemehl

Forschende entwickeln einen leichten, feuerfesten Baustoff aus Sägemehl und Mineralien, der Zementplatten ersetzen und Kohlenstoff langfristig binden könnte.

ETH Zürich revolutioniert das Bauwesen mit einem neuartigen Verbundstoff aus Holzabfällen und einem Mineralbinder. Das Material kombiniert Brandschutz mit Nachhaltigkeit und könnte Zementplatten ersetzen.

Während die Bauindustrie weltweit nach sicheren und klimafreundlichen Alternativen sucht, kommt der Durchbruch aus der Schweiz. Forschende 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.

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Vom Abfall zum Hochleistungsbaustoff

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 CO? 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.

Überlegener Brandschutz durch Selbstschutz-Effekt

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.

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Leichter, stabiler und vollständig recycelbar

Die 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-CO?-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 Recyclability. 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 – der geschlossene Kreislauf ist machbar.

Die Zukunft: Rohstoff aus der Kläranlage

Für eine globale Vermarktung muss die Wirtschaftlichkeit stimmen. Hochreines Struvit ist derzeit noch teurer als gängige Binder wie Zement. Die Lösung für dieses Problem könnte buchstäblich aus der Kanalisation kommen.

Struvit bildet sich in großen Mengen in kommunalen Kläranlagen, wo es als Problemstoff gilt. Das Mineral setzt sich in den Rohren ab und verursacht kostspielige Verstopfungen. Die Forschenden schlagen vor, diese Ablagerungen zu ernten und als günstige Rohstoffquelle für die feuerfesten Platten zu nutzen. Das würde ein Entsorgungsproblem lösen und gleichzeitig eine preiswerte, nachhaltige Binder-Alternative schaffen.

Als nächste Schritte plant das Team, den enzymgesteuerten Herstellungsprozess für die industrielle Großproduktion zu optimieren. Anschließend stehen großformatige Brandschutztests an raumgroßen Trennwänden an, um die offizielle Zulassung zu erhalten. Sollten diese Prüfungen die Laboratory-Ergebnisse bestätigen, könnte der Sägemehl-Verbundstoff bald zu einem Grundbaustein für nachhaltige und brandsichere Architektur werden.