In der Fabrikationshalle der ETH Zürich sind verschiedene Bauelemente ausgestellt, die ein Roboter aus Lehmkugeln "geschossen" hat. (Bild: Michael Lyrenmann / Gramazio Kohler Research)
Heute weit verbreitete Baustoffe wie Zement, Ziegel und Stahl haben ein großes Problem: Bei ihrer Herstellung entstehen große Mengen des klimaschädlichen CO2. Laut dem UN 2022 Status Report on Buidlings and construction sind Bau und Nutzung von Gebäuden weltweit für rund 37 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich.
Statt dessen könnten ganze Häuser aus Lehm oder Erde gebaut werden. Das Material ist billig, fast überall verfügbar und nachhaltig, weil es ohne Zement auskommt. Lehm hat viele Vorteile: Er ist klimafreundlich, feuchteregulierend, recycelbar, leicht abbaubar und ein fast überall verfügbarer, kostengünstiger Rohstoff. Herkömmliche Bauweisen mit Lehm sind jedoch arbeitsintensiv, langsam und damit teuer.
Wie funktioniert das robotergestützte Impact Printing?
ETH-Forschende haben nun ein schnelles, robotergestütztes Druckverfahren für diese Erdmaterialien entwickelt. Beim sogenannten "Impact Printing" schießt ein Roboter Material von oben nach unten und baut so nach und nach eine Mauer auf. Beim Aufprall verbinden sich die Teile, sodass nur sehr wenig Zusatzstoffe benötigt werden.
Im Gegensatz zum 3D-Betondruck benötigt das Verfahren keine Pausen, in denen sich das Material verfestigen kann. Derzeit wird eine Mischung aus Aushubmaterial, Lehm und Ton verwendet. Details zeigt das folgende Youtube-Video:
Welche Vorteile bietet Lehm gegenüber traditionellen Baustoffen?
Es ist nicht der einzige Versuch, die Verarbeitung von Lehm für den Hausbau zu automatisieren. Auf die klassische, aber manuell aufwändige Methode des Lehm stampfens fokussiert dabei ein Projekt am Institut für Tragwerksentwurf (ITE) der TU Braunschweig.
Die alte Bautechnik beruhte auf dem schichtweisen Verdichten des Lehms in einer Schalung mithilfe eines handgeführten Holzstampfers. Inzwischen hat sich die Schalungstechnik verbessert und automatische Stampfer haben die Handstampfer abgelöst. Dennoch ist das Verfahren nach wie vor manuell und damit im Vergleich zu anderen Baustoffen und Bauweisen eher unwirtschaftlich. „Stampflehm ist ein extremer Luxusbaustoff, obwohl der Lehm fast nichts kostet und fast überall verfügbar ist. Aber die Verarbeitung ist teuer. Etwa zwei Drittel der Kosten entfallen auf die Schalung, die sehr stabil sein muss, um dem Stampfdruck standzuhalten“, sagt Joschua Gosslar, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ITE.
Mitlaufende Schalung und Verdichtung
Die Forscherinnen und Forscher haben eine mitlaufende Schalung und ein Verdichtungsgerät entwickelt, das von einem Roboter bedient wird. Die Verdichtungseinheit besteht aus einer Rüttelplatte und pneumatischen Stampfern, die mit der Schalung mitfahren und sich Lage für Lage nach oben arbeiten. „Das Tolle an Stampflehm ist, dass man die Schalung nach dem Verdichten sofort wieder entfernen kann. Das Material muss nicht erst aushärten, um eine Anfangsfestigkeit zu erreichen, wie es beispielsweise bei Beton der Fall ist. Deshalb ist die Schalung bei unserem Projekt nur dort, wo auch verdichtet wird, und wird dann wieder entfernt. Es handelt sich also um eine aktive Gleitschalung“, erklärt der Lehmexperte.
Joschua Gosslar und seine Kolleg:innen arbeiten nun daran, eine Roboter-Einheit entwickeln, die vor Ort auf Baustellen eingesetzt werden kann.
