apa.at
Mehr zum Thema / Hermann Mörwald / Donnerstag 14.04.22

Dem Zie­gel ins Innen­le­ben schauen

Den Mau­er­stei­nen und ins­be­son­de­re den Zie­geln wird beim Wohn­bau hohe Wert­schät­zung ent­ge­gen­ge­bracht. Immer­hin ent­schei­den sich in Öster­reich laut dem Fach­ver­band der Stein- und kera­mi­schen Indus­trie 70 Pro­zent beim Wohn­bau für den jahr­tau­sen­de­al­ten gebrann­ten Bau­stoff. Von der tech­ni­schen und tech­no­lo­gi­schen Sei­te betrach­tet scheint jedoch wei­ter­hin viel Poten­zi­al vor­han­den zu sein. 
TU Wien/IMWS

Es gibt einen Inno­va­ti­ons­stau, wird von meh­re­ren Sei­ten attes­tiert. Den will For­schungs­lei­ter Josef Füssl mit sei­nem Team vom Insti­tut für Mecha­nik der Werk­stof­fe und Struk­tu­ren der TU Wien in Zusam­men­ar­beit mit der Zie­gel­in­dus­trie mit dem Pro­jekt „Inno­va­ti­ve Brick“ und dem Nach­fol­ger „Inno­va­ti­ve Brick 2“ etwas aufbrechen.

Vor­weg, im Gro­ben geht es bei dem FFG-Pro­jekt um den Auf­bau eines vir­tu­el­len Labors, mit dem die unter­schied­li­chen Zie­gel­scher­ben­mi­schun­gen („Zie­gel ist nicht gleich Zie­gel”) leich­ter, schnel­ler und kos­ten­güns­ti­ger ver­gleich­bar gemacht wer­den sol­len. „Die meis­ten Zie­gel­op­ti­mie­run­gen pas­sie­ren in Labor­un­ter­su­chun­gen auf Basis von Erfah­rung und empi­ri­schen Wis­sens. Sie sind teu­er und auf­wen­dig und die wis­sen­schaft­li­che Lite­ra­tur dazu ist spär­lich“, erklärt Mar­kus Königs­ber­ger aus Füss­ls Team im Gespräch mit APA-Science.

Wesent­li­che Fra­gen, die zum Ver­ständ­nis essen­zi­ell wären, sei­en wei­ter­hin unge­klärt: Zum Bei­spiel, wie beein­flusst die Zusam­men­set­zung der Zie­gel deren Eigen­schaf­ten? Wel­che der mikro­sko­pisch klei­nen Bestand­tei­le der Zie­gel sind aus­schlag­ge­bend für sei­ne Fes­tig­keit? „Auf die­se Fra­gen suchen wir in unse­rem Pro­jekt eine Ant­wort“, erklärt der For­scher die grund­le­gen­de Motivation.

Vir­tu­el­le Prognosen

„Ein Ziel unse­res Pro­jekt ist also, die Eigen­schaf­ten eines Zie­gels vir­tu­ell vor­her­zu­sa­gen und auf­wen­di­ge Labor­tests zu erset­zen“, so Königs­ber­ger: „Will man einen Zie­gel opti­mie­ren, kön­nen unter­schied­li­che Tone ver­wen­det wer­den, die mit unter­schied­li­chen Zusatz­stof­fen ver­mengt sind.“ Dadurch ent­ste­he eine rie­si­ge Matrix an ver­schie­de­nen Zie­geln, die man nicht mehr im Labor tes­ten kön­ne. Ein Pro­gno­se­tool wür­de hel­fen, das Pro­dukt rasch zu optimieren.

 

Nicht zu ver­nach­läs­si­gen sei auch die Kli­ma­bi­lanz. Königs­ber­ger weist dar­auf hin, dass der Bau­stoff grund­sätz­lich ein öko­lo­gi­sches Mate­ri­al sei: „Er ist regio­nal ver­füg­bar und lang­le­big und über den Lebens­zy­klus betrach­tet sind die Treib­haus­gas-Emis­sio­nen über­schau­bar. Fakt ist aber, dass die Zie­gel­pro­duk­ti­on sehr ener­gie­in­ten­siv (Anm. Der Brenn­pro­zess fin­det bei Tem­pe­ra­tu­ren zwi­schen 900 und 1.100 Grad statt) ist.“ Der Brenn­stoff, der dafür auf­ge­wandt wer­de, sei in den meis­ten Län­dern wei­ter­hin die Koh­le, wobei es zu erkleck­li­chen CO2-Emis­sio­nen komme.

„Man schätzt, dass knapp ein Pro­zent des anthro­po­ge­nen CO2-Out­puts auf die Zie­gel­her­stel­lung zurück­zu­füh­ren ist“, schil­dert der For­scher. Da der Zie­gel in Gebäu­den aber auch wär­me­däm­mend und somit ener­gie­spa­rend wir­ke, kön­ne er durch­aus zur Redu­zie­rung des CO2-Fuß­an­drucks von Gebäu­den bei­tra­gen. Königs­ber­ger attes­tiert dem Zie­gel daher nach­hal­ti­ges Kli­ma­schutz­po­ten­zi­al, das man nur heben müs­se. Dahin­ge­hend könn­te ein Pro­gno­se­tool, wie das von den Wis­sen­schaf­tern beforsch­te, eben­falls wirken.

Mikro­struk­tur in der Analyse

„Kon­kret haben wir uns die Mikro­struk­tu­ren, ins­be­son­de­re die Poro­si­tät  von Zie­gel aus unter­schied­li­chen Tonen, die von Abbau­stel­le zu Abbau­stel­le durch­aus stark vari­ie­ren kön­nen, auf unter­schied­li­chen Län­gen­s­ka­len im Labor ange­schaut. Wei­ters wur­den Pro­duk­te mit ver­schie­de­nen Poro­sie­rungs­mit­teln ana­ly­siert“, erläu­tert Tho­mas Buch­ner, Pra­e­doc im Team Füssl, der zu die­ser The­ma­tik dis­ser­tiert, den ers­ten Schritt. So wer­den heu­ti­gen Zie­geln unter ande­rem Säge­spä­ne bei­gefügt, um die Dämm­ei­gen­schaf­ten des Zie­gels zu erhöhen.

„Auf Basis der Ver­suchs­da­ten, die wir dabei gene­riert haben, haben wir ver­sucht, zu ver­ste­hen, wie die­se Mikro­struk­tu­ren, die Eigen­schaf­ten hin­sicht­lich Wär­me­däm­mung und Fes­tig­keit von Zie­geln beein­flus­sen“, erklärt Buch­ner wei­ter. Mit einem mikro­me­cha­ni­schen Modell als Teil eines vir­tu­el­len Labors sei es in der Fol­ge gelun­gen, die Dämm­fä­hig­keit und die Fes­tig­keit der ver­schie­de­nen Zusam­men­set­zun­gen zuver­läs­sig zu prognostizieren.

Mit­tels Knopf­druck Mate­ri­al umfang­reich testen

„Wenn man also ver­schie­de­ne Tone mischt und diver­se Poro­sie­rungs­mit­tel bei­gibt, kann man via Com­pu­ter­mo­dell vor­her­sa­gen, wel­che Qua­li­tä­ten bezüg­lich Fes­tig­keit und Wär­me­däm­mung zu erwar­ten sind“, umreißt Buch­ner den beson­de­ren Wert der Idee. Mit einem „Knopf­druck“ sei es mög­lich, im vir­tu­el­len Labor eine rie­si­ge Men­ge an Mate­ri­al­tests durch­zu­füh­ren, ergänzt Königs­ber­ger. So kom­me man dem gewünsch­ten Zie­gel näher.

 

„Der klas­si­sche Wand­zie­gel soll einer­seits eine hohe Wär­me­dämm­fä­hig­keit haben, ande­rer­seits braucht er als Teil der Trag­struk­tur eine aus­rei­chen­de mecha­ni­sche Fes­tig­keit. Das sind zwei Eigen­schaf­ten, die sich dia­me­tral gegen­über­ste­hen. Für eine gute Wär­me­däm­mung soll­te der Zie­gel leicht und porös sein, für eine hohe Fes­tig­keit braucht er aller­dings eine dich­te Struk­tur, die wenig Poren auf­weist“, so Königs­ber­ger. Die­se bei­den Anfor­de­run­gen opti­mal zu ver­bin­den, sei sehr kom­pli­ziert und auf­wen­dig, wenn Ver­su­che nur in Labo­ren mit begrenz­ter Zeit und begrenz­ter finan­zi­el­ler Aus­stat­tung mög­lich sei­en: „Im vir­tu­el­len Labor dage­gen ist man nicht limi­tiert“, erklärt Königs­ber­ger. Er ist zuver­sicht­lich, dass es wei­te­re Pro­jek­te geben wird, um das vir­tu­el­le Labor – etwa hin­sicht­lich der Opti­mie­rung der Brenn­tem­pe­ra­tu­ren – auszuweiten.

Stichwörter