Die ETH Zürich entwickelt FoamWork, um den Betonverbrauch in Gebäuden zu reduzieren

Forscher der ETH Zürich haben aus 3D-gedruckten Schalungselementen aus recycelbarem Mineralschaum eine vorgefertigte Betonplatte hergestellt, die ihrer Meinung nach leichter und besser isoliert ist und gleichzeitig 70 Prozent weniger Material verbraucht.

Bei dem als FoamWork bekannten System wird eine herkömmliche rechteckige Form mit 24 mineralischen Schalungselementen unterschiedlicher Form und Größe gefüllt, bevor Beton um sie herum gegossen und aushärten gelassen wird, wodurch Hohlzellen in der gesamten Platte entstehen.

Die resultierende Innengeometrie wurde optimiert, um die Platte entlang ihrer Hauptspannungslinien zu verstärken und so die nötige Festigkeit zu schaffen, während gleichzeitig die für ihre Herstellung erforderliche Betonmenge drastisch reduziert wurde.

Der Architekt Patrick Bedarf glaubt, dass dies bei einer groß angelegten Umsetzung dazu beitragen könnte, den CO2-Fußabdruck des Baugewerbes und insbesondere von Zement, dem größten CO2-Emittenten der Welt, zu verringern.

„Das Bauwesen trägt erheblich zum CO2-Ausstoß bei, wobei allein die Zementproduktion weltweit für 7 Prozent der Emissionen verantwortlich ist“, sagt Bedarf, der als Forscher in der Abteilung für Digitale Gebäudetechnologien (DBT) der ETH Zürich arbeitet.

„Mit FoamWork würden Emissionen durch Materialverbrauch in der Betonplatte reduziert. Die geringere Masse hätte auch sekundäre Auswirkungen auf die Dimensionierung der gesamten Tragkonstruktion und würde den Aufwand für Transport und Handling auf der Baustelle verringern.“

Die Schalungselemente selbst werden von einem autonomen Roboterarm in 3D 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 Zementproduktion 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 trage 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.

Wenn man bedenkt, dass bei der additiven Fertigung keine Reste anfallen, bedeutet dies, dass das gesamte System das Potenzial hat, abfallfrei zu sein.

„Derzeit sind kundenspezifische Schalungsgeometrien in der Herstellung sehr verschwenderisch oder einfach nicht realisierbar“, sagte Bedarf gegenüber Dezeen.

„Hohle Kunststoffformen 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 Späne und Verschnitt.“

Die innere Geometrie der Betonplatte wurde für ihre besondere Form optimiert, basierend auf der Art und Weise, wie der italienische Architekt Pier Luigi Nervi in ​​den 1940er Jahren Bodenplatten entwickelte, die entlang ihrer Hauptspannungslinien gerippt waren.

Aber die Form und Konfiguration der inneren Zellen könnte individuell angepasst werden, um eine Reihe von Betonbauelementen von Wänden bis hin zu ganzen Dächern zu schaffen.

Um seinen übergroßen CO2-Fußabdruck zu verringern, hat sich die Global Cement and Concrete Association kürzlich dazu verpflichtet, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.

Um dies zu erreichen, arbeitet die Industrie daran, Ersatzstoffe für Klinker zu finden – den kohlenstoffintensivsten Bestandteil von Zement – ​​und nutzt Technologien zur Kohlenstoffabscheidung, um die bei der Klinkerherstellung entstehenden Emissionen zu beseitigen.

Derzeit wird Kalziumkarbonat bei hohen Temperaturen verbrannt, um das für die Herstellung von Zement benötigte Kalzium vom Kohlenstoff zu trennen, der in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Bis diese Art von Innovationen in großem Maßstab umgesetzt werden können, besteht für Architekten die einfachste Möglichkeit, den CO2-Fußabdruck ihrer Gebäude durch Materialien und Konstruktion zu minimieren, darin, kohlenstoffreiche Materialien wie Beton und Stahl sparsamer und effizienter einzusetzen.

Laut Julian Allwood, Ingenieurprofessor an der Universität Cambridge, sind derzeit viele Gebäude im Vereinigten Königreich überdimensioniert.

„Wir haben viele Studien zur Verwendung von Stahl durchgeführt“, sagte er während des jüngsten Built Environment Summit des RIBA. „Und wir haben festgestellt, dass die meisten Gewerbegebäude im Vereinigten Königreich um bis zu 50 bis 60 Prozent überdimensioniert sind.“

„Was wir heute tun können, um die Emissionen im Bauwesen zu reduzieren, liegt in der Materialeffizienz, indem wir weniger Materialien verbrauchen, weil die Materialien verkörperte Emissionen haben.“

Die Fotografie stammt von Patrick Bedarf.

Unser beliebtester Newsletter, früher bekannt als Dezeen Weekly. Wird jeden Donnerstag verschickt und enthält eine Auswahl der besten Leserkommentare und meistdiskutierten Geschichten. Plus gelegentliche Updates zu Dezeens Diensten und aktuellen Nachrichten.

Wird jeden Dienstag verschickt und enthält eine Auswahl der wichtigsten Nachrichten-Highlights. Plus gelegentliche Updates zu Dezeens Diensten und aktuellen Nachrichten.

Ein täglicher Newsletter mit den neuesten Geschichten von Dezeen.

Tägliche Updates zu den neuesten Stellenangeboten im Bereich Design und Architektur, die auf Dezeen Jobs ausgeschrieben werden. Dazu gelegentliche Neuigkeiten.

Wöchentliche Updates zu den neuesten Stellenangeboten im Bereich Design und Architektur, die auf Dezeen Jobs ausgeschrieben sind. Dazu gelegentliche Neuigkeiten.

Neuigkeiten zu unserem Dezeen Awards-Programm, einschließlich Anmeldefristen und Ankündigungen. Plus gelegentliche Updates.

Neuigkeiten vom Dezeen Events Guide, einem Auflistungsführer zu den führenden Designveranstaltungen, die auf der ganzen Welt stattfinden. Plus gelegentliche Updates.

Neuigkeiten zu unserem Dezeen Awards China-Programm, einschließlich Anmeldefristen und Ankündigungen. Plus gelegentliche Updates.

Wir verwenden Ihre E-Mail-Adresse ausschließlich für den Versand der von Ihnen angeforderten Newsletter. Wir werden Ihre Daten niemals ohne Ihre Zustimmung an Dritte weitergeben. Sie können sich jederzeit abmelden, indem Sie auf den Abmeldelink unten in jeder E-Mail klicken oder uns eine E-Mail an [email protected] senden.

Weitere Einzelheiten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Sie erhalten in Kürze eine Willkommens-E-Mail. Bitte überprüfen Sie Ihren Posteingang.

Sie können sich jederzeit abmelden, indem Sie auf den Link am Ende jedes Newsletters klicken.

ETH Zürich schafft dramatisch konturierte Betonplattendecke

ETH Zürich arbeitet mit Robotern an hängenden Gärten von ...

Sehen Sie sich unseren Live-Talk mit Zaha Hadid Architects, ETH Zürich an ...

Zaha Hadid Architects und ETH Zürich erstellen 3D-gedruckte ...

Die Fassaden des Weinguts Kitrvs wurden aus 13.596 individuell gebauten ...

ETH Zürich kombiniert 3D-Druck und Guss, um mehr herzustellen ...

Architekturprojekt des Jahres geht auf „Kern von ...“ zurück

Studenten bauen gewebten Pavillon, um Archäologen Schatten zu spenden ...

Besuchen Sie unsere Kommentarseite | Lesen Sie unsere Kommentarrichtlinie