Uni Delft: Neuer Verwendungszweck für Haselnuss- und Pistazienschalen

Das Projekt brachte mehrere Fliesendesigns hervor, mit denen eine Fassade vollständig verkleidet werden kann. Laut der Forscherin und Projektleiterin Olga Ioannou wurde damit ein weiterer Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Fassadenbauweise gemacht. „Es zeigt das Potenzial biobasierter und zirkulärer Materialien.“

Im Fassadenbau werden derzeit überwiegend energieintensive Materialien wie Aluminium und faserverstärkte Verbundwerkstoffe (FRP) verwendet. Angesichts der dringenden Notwendigkeit, die CO2-Emissionen zu reduzieren, ist dies äußerst unerwünscht. Doch die Nachhaltigkeit im Fassadenbau zu verbessern, ist nicht so einfach, erklärt Olga Ioannou. „In erster Linie, weil Fassadenverkleidungen strenge Anforderungen an die Leistungsfähigkeit erfüllen müssen. So müssen sie widerstandsfähig gegen unterschiedliche Witterungsbedingungen, UV-Strahlung und chemische Verschmutzung sein. Außerdem muss das Material leicht zu demontieren sein, falls es repariert oder ausgetauscht werden muss. Das sind alles Aspekte, die man bei der Suche nach Alternativen berücksichtigen muss.“

Eine dieser möglichen Alternativen sind Fassadenplatten aus Verbundwerkstoffen, die aus Lebensmittelabfällen hergestellt werden. Ioannou: „Aufgrund der großen Zahl an Lebensmittelverarbeitungsbetrieben in den Niederlanden stehen verschiedene Abfallströme zur Verfügung. Im NWO-Projekt FoWaBaBio (Food Waste Based Bio-composites) haben wir gemeinsam mit dem Unternehmen NPSP und The Green Village das Potenzial dieser Materialien untersucht. Die wichtigste Frage war, ob Fliesen aus diesem Biokomposit in Bezug auf ihre Leistungsfähigkeit mit herkömmlichen Materialien konkurrieren können. Bevor wir diese Leistungsfähigkeit getestet haben, haben wir eine Reihe von Kriterien für Abfallströme aufgestellt. So ist es wichtig, dass ein Strom in ausreichender Menge verfügbar ist, die Zusammensetzung und Qualität konsistent sind und dass keine Konkurrenz zu anderen Anwendungen besteht, wie beispielsweise Tierfutter oder Biomasse für die Energieerzeugung.“

Letztendlich blieben sechs Abfallströme übrig, die alle Kriterien erfüllten, sagt Ioannou. „Dabei handelt es sich um Schalen von Haselnüssen und Pistazien, Restströme aus der Bierproduktion sowie Kerne von Avocados, Mangos und Datteln. Es war eine ziemliche Herausforderung, geeignete Daten zu den Abfallströmen zu finden, unter anderem weil nicht jedes Unternehmen Informationen darüber weitergeben möchte. Auch die Art und Weise, wie der Abfall gesammelt und verarbeitet wird, ist unterschiedlich. Einige Materialien erhielten wir komplett fertig aufbereitet, während wir andere noch selbst vollständig verarbeiten mussten. Bei Avocado- und Mangokernen mussten wir bspw. zuerst die Kerne säubern und aufschneiden und sie anschließend trocknen und auf die richtige Korngröße zermahlen, maximal 0,125 µm. Das ist fast tausendmal dünner als ein Blatt Papier.“

Der nächste Schritt im Prozess war die Verarbeitung der Granulate zu Verbundwerkstoff. Ioannou: „Die Granulate ersetzen die Fasern, die normalerweise in Verbundwerkstoffen verwendet werden. Das ist nicht nur nachhaltiger, sondern bringt auch Kostenvorteile mit sich. Restströme aus der Lebensmittelproduktion sind viel günstiger als Fasern. Neben den Granulaten enthält der Verbundwerkstoff noch drei weitere Bestandteile. Der wichtigste ist Harz, das Bindemittel. Außerdem benötigt man einen Katalysator für den chemischen Prozess und ein Mittel, das dafür sorgt, dass sich die Fliese nach dem Erhitzen leicht aus der Form lösen lässt. Für die Verbundwerkstoffproben haben wir eine einfache flache Form verwendet. Die Proben haben wir in verschiedene Größen geschnitten und auf ihre mechanische Festigkeit, ihre Wasseraufnahmefähigkeit sowie ihr Verhalten unter Frost- und Tauwetterbedingungen getestet. Wir untersuchen sie auch unter dem Mikroskop, um ihre Homogenität als Füllstoff und ihre Oberflächenstruktur vor und nach dem Gefrier- und Auftauprozess zu überprüfen.“

Letztendlich zeigten die Schalen von Haselnüssen und Pistazien die beste Leistung im Verbundwerkstoff. Für beide Verbundwerkstoffarten ließen die Forscher vom Designbüro Etcetera vier verschiedene Fliesen entwerfen. Ioannou: „Wir wollten mehrere Entwürfe haben, damit wir ein Gebäude vollständig mit biobasierten Fliesen verkleiden können und somit keine nicht nachhaltigen Materialien benötigen würden. Das bedeutet allerdings, dass man auch Fliesen in abweichenden Formen und Strukturen benötigt, wie beispielsweise Eckfliesen. Für solche komplexen Geometrien werden normalerweise Aluminium oder FRP verwendet. Auf der Grundlage der Entwürfe von Etcetera hat NPSP die Formen entworfen. Diese wurden anschließend von der Abteilung für elektronische und mechanische Entwicklung (DEMO) der TU Delft hergestellt. Mit diesen Formen konnten wir unsere Prototypen der Fliesen herstellen. Durch das Harz sind sie alle dunkel und dank der feinen Bearbeitung der Formen haben sie eine glänzende Oberfläche.“

Im Frühjahr wird ein Gebäude in The Green Village vollständig mit den Fliesen aus biobasiertem Verbundwerkstoff verkleidet. Ioannou ist sehr froh, dass The Green Village hierfür ein Gebäude zur Verfügung gestellt hat. „Pilotgebäude dienen als Demonstrationsobjekte, um das Potenzial neuer Materialien aufzuzeigen. Wir können dem Markt zeigen, was mit biobasierten und zirkulären Materialien möglich ist, und testen, wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Wir müssen gemeinsam nach einem besseren Gleichgewicht im Umgang mit den verfügbaren Rohstoffen suchen, und damit haben wir wieder einen neuen Schritt getan. Was das Ganze besonders schön macht, ist, dass wir ein Ökosystem aus Forschern, Herstellern und Designern geschaffen haben. Eine solche interdisziplinäre Zusammenarbeit, bei der jede Partei spezifisches Wissen einbringt, ist der Schlüssel zu erfolgreicher Innovation.“

Mit der Einführung biobasierter Materialien im Fassadenbau hofft Ioannou, die Materialität in der Architektur und im Bauwesen wiederherzustellen. „Lange Zeit haben wir vergessen, wie Dinge hergestellt werden und was der Ursprung und die Eigenschaften von Materialien sind. Dadurch ist die Verbindung zwischen Gebäuden und den Nutzern oder der Öffentlichkeit verloren gegangen. Indem wir verstehen, wie verschiedene Elemente zusammenwirken, Materialien über unsere Sinne erleben und mehr über ihren Ursprung und ihre Grenzen lernen, können wir eine bedeutungsvollere Beziehung zu einem Gebäude schaffen. Das bedeutet auch eine Veränderung in der Denkweise. Materialien wie die von uns entwickelten Biokomposite lehren uns, Unvollkommenheit anzunehmen. Biobasierte Materialien verändern sich im Laufe der Jahre in ihrer Textur und ihrem Aussehen schneller als andere Materialien. Das Gebäude verändert sich mit uns – ist das nicht etwas Wunderbares?“