Sägemehl lässt sich zu einem umweltschonenden, rezyklierbaren Komposit mit deutlich verbessertem Brandverhalten verarbeiten. Als Bindemittel dient Struvit, ein kristallines Ammoniummagnesiumphosphat.
Das Mineral Struvit ist für seine brandhemmenden Eigenschaften bekannt, sein Kristallisationsverhalten machte eine Verbindung mit Sägemehl-Partikeln bislang jedoch schwierig. Die Forschenden lösen dieses Problem mit einem Enzym aus Wassermelonen-Kernen, das die Kristallisation in einer wässrigen Suspension mit Sägemehl kontrolliert. Dabei entstehen große Kristalle, die die Hohlräume zwischen den Sägemehlpartikeln ausfüllen und diese fest miteinander verbinden. Das Material verbleibt zwei Tage unter Druck in der Form, wird dann entnommen und bei Raumtemperatur getrocknet.
Selbstschützende Platten für den Innenausbau
„Das Material ist gegenüber Druck stabiler als das ursprüngliche Fichtenholz senkrecht zum Verlauf der Holzfasern“, sagt Ronny Kürsteiner, der das Verfahren im Rahmen seiner Doktorarbeit unter der Leitung von Ingo Bungert, Professor für holzbasierte Materialien, entwickelt hat. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und hohen Feuerfestigkeit eigne es sich vor allem für den Innenausbau.
Das Brandverhalten erklärt sich durch mehrere Mechanismen: Struvit ist nicht brennbar und zersetzt sich unter Hitze – dabei setzt das Mineral Wasserdampf und Ammoniak frei, was einen endothermen Vorgang auslöst und die Umgebungstemperatur senkt. Die nicht brennbaren Gase verdrängen zudem die Luft, die dem Feuer zur weiteren Ausbreitung fehlt, sodass das Material schneller verkohlt und eine schützende Schicht aus anorganischem Material und Kohlenstoff bildet. „Die Struvit-Sägemehl-Platten schützen sich also quasi von selbst“, so Kürsteiner.
Forschende am Polytechnikum Turin haben das Material im Kegelkalorimeter getestet, einem standardisierten Prüfverfahren zur Simulation externer Hitzeeinstrahlung. Während unbehandeltes Fichtenholz bereits nach etwa 15 Sekunden Feuer fängt, dauert es beim Struvit-Sägemehl-Komposit mehr als dreimal so lang. Erste Schätzungen deuten darauf hin, dass das Material die gleiche Brandschutzklasse erreichen könnte wie herkömmliche zementgebundene Spanplatten – größere Flammschutzexperimente müssen dies noch bestätigen.
Leichter als Zement-Spanplatten, besser in der Klimabilanz
Zementgebundene Spanplatten sind heute in Flammschutzanwendungen des Innenausbaus weit verbreitet. Sie bestehen zu 60 bis 70 Gewichtsprozent aus Zement, sind entsprechend schwer und bringen aufgrund des energieintensiven Herstellungsprozesses eine schlechte Klimabilanz mit. Die Struvit-Sägemehl-Platten bestehen dagegen nur zu 40 Prozent aus Bindemittel und sind deutlich leichter.
Vollständiger Materialkreislauf statt Sondermüll-Deponie
Zementgebundene Spanplatten landen nach einem Abbruch meist auf der Sondermüll-Deponie. Das Struvit-Komposit lässt sich dagegen vollständig in seine Ausgangsstoffe zerlegen: Das Material bricht man mechanisch in einer Mühle auf und erhitzt es auf etwas über 100 Grad Celsius. Dabei setzt das Ammoniak sich frei, das Sägemehl lässt sich absieben, und der mineralische Ausgangsstoff Newberyit fällt wieder als Feststoff aus. Diesen kann man erneut mit Sägemehl zu Kompositen verarbeiten. Das zurückgewonnene Material lässt sich zudem als Langzeitdünger einsetzen, da es Phosphor kontrolliert und langsam an Pflanzen abgibt.
Nächster Schritt: Skalierung und Kostenfrage
Die Forschenden wollen den Produktionsprozess weiter optimieren und skalieren. Ob sich das Material in der Baubranche durchsetzt, hänge vor allem von den Kosten des Bindemittels ab, sagt Kürsteiner. Im Vergleich zu Polymer-Bindemitteln oder Zement ist Struvit derzeit verhältnismäßig teuer. Eine mögliche Lösung liegt in Kläranlagen: Dort fällt Struvit in größeren Mengen an und verstopft die Abwasserrohre. „Diese Ablagerungen könnten wir als Ausgangsmaterial für unseren Baustoff verwenden“, so Kürsteiner. (mb)
