Forschungsprojekt: Die Papier-Baumeister

„Bauen mit Papier“ – dazu wird an der TU Darmstadt seit diesem Jahr in einem neuen Projekt namens BAMP! geforscht. Wir sprachen darüber mit Robert Götzinger, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet für Papierfabrikation und mechanische Verfahrenstechnik.

Warum forschen Sie zum Thema Bauen mit Papier?

Robert Götzinger: Mit Holz wird schon lange gebaut, auch mehrgeschossig. Bei diesem Werkstoff sind allerdings viele Dinge von der Natur vorgegeben, wie zum Beispiel die Orientierung der Fasern oder das Vorhandensein von Astlöchern. Papier hat den Vorteil, dass wir verschiedene Eigenschaften gezielt einstellen  können. Theoretisch müsste also alles das, was mit Holz möglich ist, auch mit Papier zu fertigen sein. Und Papier bietet noch weitere Vorteile: Die Fasern können gezielt gewählt und funktionalisiert werden, es lässt sich kostengünstig herstellen, ist ein leichter Werkstoff und recycelbar. Gerade vor dem Hintergrund, dass es einen steigenden Bedarf an temporären Bauten gibt, muss man sich die Frage stellen, wie man mit Naturprodukten nachhaltig umgehen kann. Papier bietet dafür ein großes Potenzial.

Es gab schon verschiedene Bauten aus Papier. Was ist neu bei Ihren Häusern?

Uns geht es nicht nur darum, ein einzelnes Gebäude zu bauen, sondern die Grundlagen für das Bauen mit Papier zu erforschen. Die Erkenntnisse sollen dann zum Beispiel Architekten, Bau- oder Papieringenieuren als Handwerkszeug dienen, damit sie den Werkstoff Papier für Bauten verstehen und richtig einsetzen können. Wir machen dabei natürlich nur den Anfang. Es wird noch lange dauern, denselben Wissensstand zu erreichen, der bereits für die etablierten Bauwerkstoffe besteht. 

Das scheint ja ein sehr interdisziplinäres Feld zu sein. Wie läuft die Forschung in so einem Gebiet ab?

Zu unserem Team gehören jeweils ein oder mehrere Chemiker, Bauingenieure, Architekten, Maschinenbau- und Papieringenieure. Jede Disziplin bearbeitet dann ein spezielles Problem unter regelmäßiger Abstimmung mit demselben Endziel. In mehreren Iterationsschleifen entwickeln wir unsere sogenannten Demonstratoren. Diese zeigen jedem Beteiligten anschaulich, wo die Herausforderungen und Potenziale liegen. Dabei können wir zum einen lernen, was funktioniert und was nicht, zum anderen haben wir eine Form, die man tatsächlich auch anfassen kann.

Woran arbeiten Sie persönlich in Ihrer Doktorarbeit?

Ich beschäftige mich mit dem gezielten Einstellen der Faserorientierung im Papier. Je stärker die Fasern in eine Richtung orientiert sind, umso größer wird die Festigkeit in dieser Richtung. Im Prinzip wollen wir bestimmte Fasern an einer bestimmten Position platzieren. Die Papiere, die dabei entstehen, sollen als Verstärkung von Bauteilen mit besonders hohen Belastungen dienen. Die Technik kann aber auch anderweitig eingesetzt werden. Zum Beispiel könnte man durch die Faserorientierung den Flüssigkeitstransport im Papier steuern.

Haben Sie keine Angst, dass Ihnen die Häuser abbrennen oder sich das Papier bei Regen auflöst?

Daran denken die meisten Menschen, mit denen ich über das Projekt rede, als erstes. Es gibt aber Möglichkeiten, Papier so zu funktionalisieren, dass es nicht brennt oder sofort aufweicht. Die Herausforderung für meinen Kollegen aus der Chemie besteht deshalb darin, den Brand- und Feuchteschutz mit Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen zu realisieren. Dies könnte durch die Modifizierung der Fasern auf molekularer Ebene geschehen oder durch Aufbringen von funktionellen Schichten. 

Wo liegen weitere Schwierigkeiten und Herausforderungen?

Wir versuchen, geeignete Papiere und Papierprodukte miteinander zu kombinieren, umzuformen und zu verbinden. Daraus entwickeln wir bestimmte Methoden zur Simulation, Auslegung und Konstruktion für einzelne Bauteile. Parallel dazu wollen wir die Eigenschaften von Papieren gezielt unseren Anforderungen anpassen. Nicht zuletzt sollen sich die Menschen später in solch einem Haus wohlfühlen, sodass auch das Design eine große Rolle spielt. 

Sie sagten ja bereits, dass Sie von dem Wissensstand, den wir von den etablierten Bauwerkstoffen haben, noch weit entfernt sind. Wo setzen Sie zunächst Ihren Schwerpunkt? Wie gehen Sie bei der Entwicklung vor?

Unser Fokus liegt zunächst auf temporären Bauten, die nur für eine begrenzte Zeit errichtet werden. In der ersten Iterationsschleife der Demonstratorentwicklung haben wir für uns passende Randbedingun gen festgelegt. Unser Haus soll in Darmstadt gebaut werden und mindestens ein Jahr, also vier Jahreszeiten mit ihren verschiedenen klimatischen Herausforderungen, über stehen. Wir planen ein Wohnhaus für einen Single-Haushalt mit 40 m² Grundfläche. Momentan gehen wir von einem gegebenen Betonfundament aus. Nun folgen drei Schritte: Zunächst betrachten wir die Statik des Hauses, im zweiten Schritt den Feuchteschutz und im dritten den Flammschutz. Wenn wir die Lösungen dafür gefunden, getestet und evaluiert haben, werden wir uns dem Bau eines weiteren, komplexeren Demonstrators widmen. Dann werden auch die Randbedingungen komplizierter. Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, möglichst alle Komponenten aus nachwachsenden Rohstoffen zu gestalten, sodass das Bauwerk im Ideal fall vollständig recycelbar sein wird.

Zuletzt noch eine Frage zu den Kosten. Wie wird das Projekt finanziert?

Das Projekt wird durch die hessische Landes-Offensive zur Entwicklung wissenschaft lich-ökonomischer Exzellenz, kurz LOEWE, mit ca. 4,6 Millionen Euro gefördert. Die Laufzeit beträgt vier Jahre. Außerdem hoffen wir auf Unterstützung aus der Industrie, zum Beispiel mit Baumaterialien. 

14.06.2018

Bildquellen: TU Darmstadt

 

Abonnieren Sie unseren Newsletter

Bleiben Sie auf dem Laufenden: Alles was Sie über Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung wissen müssen.