CH: Bauen mit Lehm: Saubere Schlammschlacht

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Lehm erweist sich als umweltfreundliche, weit verbreitete und wiederverwertbare Alternative unter den Baumaterialien. Empa-Forscherin Ellina Bernard widmet sich der Frage, wie dieser begehrte Baustoff nachhaltig und stabil in der Bauindustrie eingesetzt werden kann. Ihr Projekt wird vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) mit einem "Ambizione"-Grant gefördert.

Die gebaute Umwelt dient nicht nur als das Fundament einer Gesellschaft, sondern trägt auch maßgeblich zur Umweltbelastung bei. Allein bei der Herstellung von Zement werden weltweit rund sieben Prozent der Treibhausgasemissionen erzeugt. Aus diesem Grund arbeiten Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) an verschiedenen Ansätzen, um diese Emissionen mithilfe innovativer Baumaterialien und -technologien zu reduzieren. Ein vielversprechender Weg, um umweltfreundlich zu bauen, führt über Lehm, der im Vergleich zu Beton deutlich weniger CO2 freisetzt. Zudem ist Lehm nahezu überall verfügbar, wiederverwertbar und leicht zu verarbeiten, auch in Kombination mit anderen modernen Baustoffen wie organischen Abfallstoffen aus der Hanfverarbeitung.

Lehm als Baumaterial bietet ein enormes Potenzial. Während er Beton nicht in allen Bauanwendungen ersetzen kann, eignet er sich besonders für tragende Wände von Wohnhäusern. Da in der Schweiz mehr als die Hälfte aller Baugenehmigungen für Wohnhäuser erteilt werden, könnte Lehm hier eine wichtige Rolle spielen. Er kann entweder gegossen oder in Form von vorgefertigten Lehmziegeln verwendet werden, die dann an der Luft trocknen. Diese luftgetrockneten Lehmziegel haben eine deutlich bessere Umweltbilanz als ihre gebrannten Gegenstücke.

Trotz seiner langen Geschichte als Baumaterial gestaltet sich die Anwendung von Lehm noch nicht problemlos. Die geologische Zusammensetzung von Lehm variiert weltweit, was die Standardisierung von Herstellung und Anwendung erschwert. Darüber hinaus wird Lehm derzeit häufig mit Zement gemischt, um ein stabiles und haltbares Baumaterial zu erhalten, was jedoch den ökologischen Fußabdruck erhöht. Ellina Bernard und ihr Team an der Empa wollen das Potenzial von Lehm als nachhaltigen Baustoff erschließen, indem sie die Zusammensetzung und mechanische Belastbarkeit erforschen und gleichzeitig ein umweltfreundliches Baumaterial für die industrielle Anwendung entwickeln. Ihr ehrgeiziges Projekt wird vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) mit einem begehrten "Ambizione"-Grant unterstützt.

Die Verwandlung einer schlammigen Mischung aus Wasser und Erde in ein festes Baumaterial ist eine faszinierende Herausforderung. Im Gegensatz zu Zement, der auf chemischen Bindungen basiert, bilden die feinen Tonmineralien im Lehm bei der Lufttrocknung physikalische Bindungen. Diese bieten jedoch nicht die gleiche Stabilität wie Beton. Daher sucht die Forscherin nach einem geeigneten stabilisierenden Bindemittel.

Raphael Kuhn, ein Geologe, der derzeit an seiner Dissertation über Lehm-Zusatzstoffe arbeitet, unterstützt sie dabei. Ein vielversprechender Kandidat ist Magnesiumoxid, das bei nachhaltiger Gewinnung eine ausgezeichnete Umweltbilanz aufweist und im Vergleich zu calciumhaltigem Zement, der große Mengen CO2 freisetzt, umweltfreundlicher ist. Magnesiumoxid verkürzt außerdem die Trocknungszeit und verhindert die Bildung von Klumpen im Lehm, während es gleichzeitig sanft in die vorteilhafte Mikro- und Nanostruktur der lehmigen Partikel eingreift.

In ersten Laborexperimenten erzielte das Team bereits eine Druckfestigkeit von bis zu 15 Megapascal mit verschiedenen Lehmrezepturen. Zum Vergleich: Lehm mit Zementzusatz erreicht bis zu 20 Megapascal.

Ellina Bernard betont jedoch, dass dies erst der Anfang ist. Um die Nachhaltigkeit von Baumaterialien umfassend zu bewerten, werden Lebenszyklusanalysen durchgeführt, die Haltbarkeit, Rückbau und Wiederverwertung der Materialien berücksichtigen.

Das Projekt von Ellina Bernard, "Deciphering the role of magnesium in earth materials for sustainable construction," wird vom Schweizer Nationalfonds (SNF) mit einem "Ambizione"-Grant unterstützt. Dieser Grant wird herausragenden jungen Forschern mit abgeschlossenem Doktorat für eigenständige Projekte vergeben.

Herausgeber: Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt