7.01.2020 07:15
Quelle: schweizerbauer.ch - sda
Technologie
Kompostierbare Brücken
Neue Materialien bergen ein Stückchen Biologie: Forschende versuchen, ihnen Eigenschaften wie das Wahrnehmen von Beschädigungen und Selbstheilungskräfte zu verleihen. An der ETH Zürich tauschen sich nun verschiedene Fachbereiche dazu aus.

Das faszinierende an lebendigen Organismen sei, dass sie ihre Umwelt wahrnehmen, auf sie reagieren und sich bei Verletzungen selbst heilen, hält Mark Tibbitt von der ETH Zürich in einem Artikel des ETH-Magazins «Globe» fest. «Mit diesen Qualitäten wollen wir Materialien und Infrastrukturen ausstatten.» Eine Verschmelzung von Materialwissenschaften und Biologie.

Die Zukunftsvisionen der Materialforschenden klingen ein Stück weit nach Science Fiction: Zimmerpflanzen, die nicht nur die Luft in Innenräumen verbessern, sondern die Luftqualität auch über die Blattfärbung anzeigen. Oder Brücken aus Beton mit Selbstheilungskräften, oder gar aus Pflanzenfasern, die sich bei Beschädigung selbst reparieren und nach Ablauf ihrer Lebensdauer kompostierbar wären. Gemeinsam mit Eleni Chatzi, ebenfalls an der ETH, will Tibbitt den Austausch der verschiedenen Fachgebiete an der ETH zu solch intelligenten und biologisch inspirierten Materialien stärken. Ein erster Workshop sei im Frühjahr 2020 geplant, hiess es im Globe-Artikel.

Beton mit «Bewusstsein»

Chatzi befasst sich in ihrer Forschung damit, den Zustand von Staumauern, Brücken, Windrädern oder auch Fahrzeugen zu ermitteln. Dafür setzt sie Sensoren und lernende Algorithmen ein. Allerdings müssen solche Sensoren bisher beim Bau mit eingeplant werden. Ziel sei daher, Infrastrukturen und Maschinen mit einer «intrinsischen Intelligenz» auszustatten, erklärte die Forscherin.

Den sich selbst wahrnehmenden und heilenden Beton gibt es sogar bereits: Wird der Beton mit Karbonfasern, Karbonnanoröhrchen oder Nickelpulver versetzt, besitzt die daraus gebaute Infrastruktur quasi einen eingebauten Sensor. Durch Anlegen einer Spannung und konstante Messungen des elektrischen Widerstands lassen sich Risse, Feuchtigkeit und hohe Beanspruchung feststellen. Andere Forschungsgruppen setzen Bakterien ein, die dem Beton beigemischt Kalk produzieren und so kleine Risse verschliessen. Dank grosser Fortschritte im 3D-Druck und von Technologien wie der Genschere Crispr/Cas9, um Organismen genetisch zu verändern, eröffnen sich auch im Kontext der Materialforschung neue Möglichkeiten.

Sicherheit bleibt zu klären

Noch seien allerdings sehr viele Fragen offen, und ethische Überlegungen müssten von Anfang an mit einbezogen werden, betonte Tibbitt. Zum Beispiel seien Fragen zur Sicherheit und Konstanz von Infrastrukturen mit «Eigenleben» zu klären. Genveränderte Organismen, die Materialien biologische Eigenschaften verleihen, dürften auch nicht in die Umwelt freigesetzt werden.

Die Forschenden sehen jedoch grosses Potenzial im Verschmelzen von Materialforschung und Biologie. Dies könnte beispielsweise geschlossene Materialkreisläufe ermöglichen, wenn Bauschutt nicht mehr auf Deponien landen würde, sondern auf dem Komposthaufen. Zum Beispiel Brücken aus einer ungewöhnlich festen Pflanzenfaser. Sie könnten sich bei Beschädigungen selbst reparieren und nach Ablauf ihrer Lebensdauer in kompostierbare Einzelteile zerfallen.

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