Aus Sägemehl wird ein Brandschutzmaterial

Bei jedem Baumstamm, der zuges?gt wird, entsteht S?gemehl. J?hrlich fallen weltweit Millionen von Tonnen davon an, die meistens verbrannt werden. Dabei gelangt das im Holz gespeicherte Kohlendioxid wieder in die Atmosph?re ¨C was aus Klimaschutzgr¨¹nden besser vermieden w¨¹rde. Ein Forschungsteam in der Professur f¨¹r holzbasierte Materialien an der ETH Z¨¹rich und der Empa hat nun ein Verfahren entwickelt, mit dem S?gemehl zu einem umweltschonenden und rezyklierbaren Komposit verarbeitet werden kann. Dadurch kann das S?gemehl l?nger im Materialkreislauf gehalten werden. Die Forschenden nutzen daf¨¹r das Mineral Struvit, ein kristallines, farbloses Ammoniummagnesiumphosphat.  

Dass Struvit interessante Eigenschaften f¨¹r den Brandschutz besitzt, war bereits bekannt. Jedoch war es aufgrund seines Kristallisationsverhaltens schwierig, das Mineral mit S?gemehl-Partikeln zu verbinden. Die Forschenden nutzen nun ein Enzym, das sie aus den Kernen von Wassermelonen gewinnen, um die Kristallisation des Struvits in einer w?ssrigen Suspension mit S?gemehl zu kontrollieren. Dadurch entstehen grosse Kristalle, welche die Hohlr?ume zwischen den S?gemehlpartikeln ausf¨¹llen und die Partikel fest miteinander verbinden. Das f¨¹r zwei Tage verpresste Material wird anschliessend aus der Form genommen und bei Raumtemperatur getrocknet. 

Holzelemente, die sich selbst sch¨¹tzen  

?Das Material ist gegen¨¹ber Druck stabiler als das urspr¨¹ngliche Fichtenholz senkrecht zum Verlauf der Holzfasern?, erz?hlt Ronny K¨¹rsteiner, der das Verfahren im Rahmen seiner Doktorarbeit unter der Leitung von Ingo Bungert, Professor f¨¹r holzbasierte Materialien, entwickelt hat. Es eigne sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und hohen Feuerfestigkeit vor allem f¨¹r den Innenausbau. Denn Struvit ist nicht nur nicht brennbar, sondern tr?gt aktiv zur Erh?hung der Feuerfestigkeit bei. Unter Hitze zersetzt sich das Mineral, dabei werden Wasserdampf und Ammoniak freigesetzt. Dies ist ein Vorgang, der W?rme aus der Umgebung aufnimmt und dadurch k¨¹hlend wirkt. Zudem verdr?ngen die freigesetzten, nicht brennbaren Gase die Luft, die so dem Feuer zur weiteren Ausbreitung fehlt, sodass das Material schneller verkohlt.  

Das ETH-Team hat mit Forschenden am Polytechnikum Turin zusammengearbeitet, die das Material in einem sogenannten Kegelkalorimeter getestet haben. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Pr¨¹fverfahren, welches das Verhalten bei externer Hitzeeinstrahlung nachbildet. W?hrend unbehandeltes Fichtenholz bereits nach etwa 15 Sekunden Feuer f?ngt, dauert es beim Struvit-S?gemehl-Komposit mehr als dreimal so lang. Hat es einmal Feuer gefangen, bildet sich schnell eine Schutzschicht aus anorganischem Material und Kohlenstoff, die das Material vor einer weiteren Ausbreitung des Feuers sch¨¹tzt. ?Die Struvit-S?gemehl-Platten sch¨¹tzen sich also quasi von selbst?, so K¨¹rsteiner.  

Erste Sch?tzungen h?tten gezeigt, dass das Material die gleiche Brandschutzklasse erreichen k?nnte wie herk?mmliche zementgebundene Spanplatten. Dies m¨¹sse jedoch noch mit gr?sseren Flammschutzexperimenten best?tigt werden. Solche Spanplatten sind heute im Innenausbau f¨¹r Flammschutzanwendungen weit verbreitet. Sie bestehen aus 60 bis 70 Gewichtsprozent Zement, sind entsprechend schwer und haben aufgrund des hohen Energieverbrauchs bei der Zementherstellung eine schlechte Klimabilanz. Die Struvit-S?gemehl-Platten bestehen dagegen nur zu 40 Prozent aus Bindemittel und sind deutlich leichter.  

Einfacher Recyclingprozess 

Das neuartige Komposit hat gegen¨¹ber anderen Komposit-Baumaterialien noch einen weiteren gewichtigen Vorteil: Zementgebundene Spanplatten landen nach einem Abbruch meist auf der Sonderm¨¹ll-Deponie. Die Struvit-S?gemehl-Platten k?nnen hingegen wieder in ihre Einzelkomponenten zerlegt werden. Daf¨¹r wird das Material in einer M¨¹hle mechanisch aufgebrochen und auf etwas ¨¹ber 100 Grad Celsius erhitzt, wobei das Ammoniak freigesetzt wird und das S?gemehl abgesiebt werden kann. Anschliessend wird der mineralische Ausgangsstoff f¨¹r Struvit, das sogenannte Newberyit, wieder als Feststoff ausgef?llt.  

Newberyit kann anschliessend erneut mit S?gemehl zu Kompositen verarbeitet werden. Somit k?nnte das neue Material einst einen wichtigen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten. Es kann zudem als nat¨¹rlicher D¨¹nger eingesetzt werden. Das ist f¨¹r die Landwirtschaft interessant, weil es den gebundenen Phosphor, den Pflanzen f¨¹rs Wachstum ben?tigen, langsam und kontrolliert abgibt. 

In einem n?chsten Schritt wollen die Forschenden den Produktionsprozess weiter optimieren und skalieren. Ob sich das Material in der Baubranche durchsetzen wird, h?nge vor allem von den Kosten des Bindemittels ab, sagt K¨¹rsteiner. Im Vergleich zu Polymer-Bindemitteln oder Zement ist Struvit verh?ltnism?ssig teuer. Das k?nnte sich jedoch durch das Erschliessen eines weiteren Kreislaufs ?ndern: Struvit f?llt n?mlich in gr?sseren Mengen in Kl?ranlagen an und verstopft dort die Abwasserrohre. ?Diese Ablagerungen k?nnten wir als Ausgangsmaterial f¨¹r unseren Baustoff verwenden?, so K¨¹rsteiner.