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Forschende der ETH Zürich haben 3D-gedruckte Schalungselemente aus recycelbarem Mineralschaum verwendet, um eine vorgefertigte Betonplatte herzustellen.
Ingenieure sagen, dass die Platte leichter und besser isoliert ist, während sie 70 % weniger Material verbraucht.
Wenn dies in großem Maßstab umgesetzt wird, glauben Architekten, dass dies dazu beitragen könnte, den CO2-Fußabdruck des Bauwesens und insbesondere des Zements zu verringern, der der größte einzelne CO2-Emittent der Welt ist.
Bei dem als FoamWork bekannten System wird eine herkömmliche rechteckige Form mit 24 mineralischen Schalungselementen in verschiedenen Formen und Größen gefüllt, bevor Beton um sie herum gegossen und ausgehärtet wird, wodurch Hohlzellen in der gesamten Platte entstehen.
Die resultierende Innengeometrie wurde optimiert, um die Platte entlang ihrer Hauptspannungslinien zu verstärken, wodurch die erforderliche Festigkeit geschaffen und gleichzeitig die für ihre Herstellung benötigte Betonmenge drastisch reduziert wurde.
Wenn dies in großem Maßstab umgesetzt wird, glaubt Architekt Patrick Bedarf, dass dies dazu beitragen könnte, den CO2-Fußabdruck des Bauwesens und insbesondere des Zements zu verringern, der der größte einzelne CO2-Emittent der Welt ist.
„Das Bauen trägt erheblich zu den CO2-Emissionen bei, wobei allein die Zementproduktion für 7 Prozent der Emissionen weltweit verantwortlich ist“, sagt Bedarf, der am Departement für digitale Gebäudetechnologien (DBT) der ETH Zürich forscht.
„Mit FoamWork würden Emissionen durch Materialverbrauch in der Betonplatte reduziert. Die geringere Masse hätte auch sekundäre Auswirkungen auf die Dimensionierung der gesamten Tragstruktur und würde den Aufwand für Versand und Handling auf Baustellen reduzieren.“
Die Schalungselemente selbst werden von einem autonomen Roboterarm aus Mineralschaum gedruckt, der traditionell durch Aufschäumen von Zement hergestellt wird und aufgrund seiner hohen Porosität zunehmend als Dämmmaterial im Bauwesen eingesetzt wird.
Um die mit der Zementherstellung verbundenen Emissionen zu vermeiden, nutzt das FoamWork-System eine vom Schweizer Start-up FenX entwickelte Alternative, die aus einem Abfallprodukt von Kohlekraftwerken namens Flugasche hergestellt wird.
Dies trägt dazu bei, den CO2-Fußabdruck des Schaums zu minimieren, so das Unternehmen, selbst wenn man die mit der Kohleverbrennung verbundenen Emissionen berücksichtigt.
Die endgültigen FoamWork-Elemente können entweder an Ort und Stelle belassen werden, um die Isolierung der vorgefertigten Betonplatte zu verbessern, oder recycelt und neu gedruckt werden, um eine neue Schalung zu erstellen.
Bedenkt man, dass bei der additiven Fertigung kein Verschnitt anfällt, bedeutet dies, dass das gesamte System Zero-Waste-Potenzial hat.
“Derzeit sind kundenspezifische Schalungsgeometrien sehr verschwenderisch in der Herstellung oder einfach nicht machbar”, sagte Bedarf gegenüber Dezeen.
„Hohlformen aus Kunststoff können verwendet werden, um Beton in großen standardisierten Platten zu reduzieren, und für kleinere nicht standardisierte Anwendungen werden komplexe Schalungen für Beton manuell aus Holz gebaut oder aus dichten Kunststoffschäumen CNC-geschnitten“, fügte er hinzu.
„Beide Ansätze sind arbeitsintensiv und verschwenden viel Material durch Hackschnitzel und Verschnitt.“
Um ihren übergroßen CO2-Fußabdruck zu verringern, hat sich die Global Cement and Concrete Association kürzlich verpflichtet, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.
Um dies zu erreichen, arbeitet die Industrie daran, Ersatzstoffe für Klinker – den kohlenstoffintensivsten Bestandteil von Zement – zu finden und Technologien zur Kohlenstoffabscheidung einzusetzen, um die bei der Klinkerherstellung entstehenden Emissionen zu entfernen.
Derzeit wird Calciumcarbonat bei hohen Temperaturen verbrannt, um das für die Zementherstellung benötigte Calcium von dem Kohlenstoff zu trennen, der in die Atmosphäre freigesetzt wird.