Das Holz, das sich selbst schützt

Sägemehl landet heute meist im Ofen. Morgen könnte es Häuser vor Feuer schützen. Forschende der ETH Zürich und der Empa haben ein Kompositmaterial entwickelt, das Holzabfall mit dem Mineral Struvit verbindet und dabei die Brandschutzklasse herkömmlicher Zementplatten erreicht. Das Material schützt sich selbst, lässt sich rezyklieren und stammt teilweise aus Kläranlagen.

Weltweit fallen jährlich Millionen Tonnen Sägemehl an. Der grösste Teil davon wird verbrannt, das im Holz gebundene CO2 gelangt zurück in die Atmosphäre. Genau hier setzt das Forschungsteam um Doktorand Ronny Kürsteiner an, unter der Leitung von Ingo Bungert, Professor für holzbasierte Materialien an der ETH Zürich. Ziel ist das Sägemehl länger im Materialkreislauf halten.

Der Trick mit dem Wassermelonenkern
Das Bindemittel ist Struvit, ein kristallines Ammoniummagnesiumphosphat mit bekannten Brandschutzeigenschaften. Das Problem bis anhin war, dass Struvit sich schlecht verbinden lies mit Sägemehl wegen seines Kristallisationsverhaltens. Die Lösung fanden die Forschenden in einem Enzym aus Wassermelonensamen. Es steuert die Kristallisation so, dass grosse Struvit-Kristalle entstehen, die die Hohlräume zwischen den Sägemehlpartikeln ausfüllen und diese fest miteinander verbinden. Das verpresste Material wird danach bei Raumtemperatur getrocknet.

Dreimal länger als Fichtenholz
Die Brandtests am Polytechnikum Turin sprechen für sich. In einem Kegelkalorimeter, einem standardisierten Prüfverfahren für Hitzeeinwirkung, fing unbehandeltes Fichtenholz nach rund 15 Sekunden Feuer. Das Struvit-Sägemehl-Komposit brauchte mehr als dreimal so lang. Einmal brennend, bildet das Material rasch eine Schutzschicht aus anorganischem Material und Kohlenstoff, die die weitere Ausbreitung bremst. Dazu setzt das Struvit unter Hitze Wasserdampf und Ammoniak frei, was kühlend wirkt und dem Feuer Sauerstoff entzieht.

Leichter als Zement, besser für das Klima
Herkömmliche zementgebundene Spanplatten, heute im Innenausbau weit verbreitet, bestehen zu 60 bis 70 Gewichtsprozent aus Zement. Sie sind schwer und klimaschädlich in der Herstellung. Die neuen Struvit-Sägemehl-Platten kommen mit 40 Prozent Bindemittelanteil aus. Sie sind leichter, haben eine deutlich bessere Klimabilanz und landen nach dem Abbruch nicht auf der Sondermülldeponie.

Rezyklierbar und düngetauglich
Das Komposit lässt sich in seine Bestandteile zerlegen. Mechanisch in der Mühle, dann auf etwas über 100 Grad erhitzt, worauf Ammoniak freigesetzt und das Sägemehl abgesiebt wird. Das mineralische Ausgangsmaterial Newberyit fällt als Feststoff aus und kann erneut zu Struvit verarbeitet werden. Wer das Material nicht wieder verbaut, kann es als Langzeitdünger nutzen. Struvit gibt Phosphor, Stickstoff und Magnesium langsam und kontrolliert an den Boden ab.

Kläranlage als Rohstoffquelle
Ein weiterer Kreislauf zeichnet sich ab. Struvit entsteht in grossen Mengen als unerwünschtes Nebenprodukt in Kläranlagen, wo es Rohre verstopft und teuer entsorgt werden muss. «Diese Ablagerungen könnten wir als Ausgangsmaterial für unseren Baustoff verwenden», sagt Kürsteiner. Ob sich das Material auf dem Markt durchsetzt, hängt primär von den Bindemittelkosten ab. Ein Problem, das sich mit dieser Quelle lösen liesse.