Bakterien fügen Sand zu Stein: Neue Biozement-Technologien

Bakterien fügen Sand zu Stein: Neue Biozement-Technologien

Forscher an der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt, das Sand mit lebenden Bakterien zu festem Material verbindet. Das Verfahren nutzt 3D-Druck und Robotik, um Bauteile ohne Brennofen herzustellen.

Wie funktioniert die Technologie?

Die Mikroorganismen verbinden Sandkörner durch winzige Kalkkristalle. Im Labor erreichten Proben mit Bakterien eine Biegefestigkeit von durchschnittlich 2,74 Megapascal, während vergleichbare Proben ohne Bakterien nur 0,13 Megapascal hielten – ein Unterschied von etwa 21-fach.

Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation (MICP). Das Bakterium Sporosarcina pasteurii spaltet Harnstoff und bildet Calciumcarbonat, das die Sandkörner miteinander verbindet. Der Prozess dauert im Labor vier Tage.

Neue Anwendungen durch Robotik

Um architektonische Elemente herzustellen, wurde ein Roboterarm entwickelt, der Sand, Bakterien und eine Mineralisierungslösung mischt und über Düsen aufträgt. Nach dem Druck tauchen die Objekte in eine Lösung mit Harnstoff und Kalziumchlorid. Die Kristalle wachsen zwischen den Körnern.

Ein weiterer Ansatz ist das Robotic Biocementation Spraying (RBS). Hier arbeitet ein Roboter direkt an der Baustelle, indem er Materialien aufträgt und die Struktur sofort verfestigt. Nach einem Langzeitversuch in Venedig zeigte sich der Aufbau über sechs Monate stabil ohne sichtbare Risse.

Herausforderungen und Grenzen

Ob das Verfahren tragende Wände ersetzen kann, ist noch nicht abschließend geklärt. Beton für tragende Gebäude ist deutlich belastbarer. Zudem muss die Haltbarkeit gegenüber Regen, Frost und Temperaturschwankungen geprüft werden.

Ein Umweltproblem besteht darin, dass Bakterien neben Kalk auch Ammonium produzieren, was die Flüssigkeit belasten kann. Eine umweltfreundliche Produktion erfordert noch eine Lösung für diesen Stoff.

Fazit

Die Technologie ermöglicht erst einmal die Herstellung von Fassaden und Trennwänden ohne Hitze. Für tragende Bauteile bleibt der Biozement derzeit schwächer als herkömmlicher Beton. Weitere Tests unter extremen Bedingungen sind notwendig.