Forschung

Der Klimawandel stellt aktuell eine der größten Herausforderungen der Gegenwart dar. Der Einfluss des Bausektors ist dabei mit einem Rohstoffverbrauch von 47,5 Gigatonnen pro Jahr und einem Energieverbrauch 40% der weltweiten verbrauchten Gesamtenergie enorm. Laut dem Bericht Energie in Österreich 2021: Zahlen, Daten, Fakten des BMK werden für die Bereitstellung von Raumwärme und Klimatisierung fast 24% des gesamten Endenergiebedarfs verbraucht. Fortschritte in Hinblick auf die ökologische und energetische Effizienz von Wohn- und Dienstleistungsgebäuden sind daher insbesondere in diesem Sektor besonders ausschlaggebend. 30% der ÖsterreicherInnen leben in Gebäuden, die in den sechziger und siebziger Jahren errichtet wurden, weitere 30% in Häusern die älter als 40 Jahre sind. Die neu errichteten Gebäude sind aufgrund der hohen Anforderungen an den Wärmeschutz für lediglich 10-20% des Gesamtenergieaufkommen verantwortlich. 80% der Energie wird von den älteren Bestandsgebäuden verbraucht. In Österreich weisen rund 1,9 Millionen Wohneinheiten einen thermisch unzureichenden Zustand auf und sind somit sanierungsbedürftig. Die Sanierung von Bestandsgebäuden und insbesondere die Erneuerung und thermische Sanierung der Fassade ist daher gegenwärtig zu einem der wichtigsten Teilbereiche der Baubranche zu zählen. Das Vorantreiben der Forschung sowie die großflächige Etablierung von ökologisch und ökonomisch attraktiven Systemen ist daher unabdingbar. Das Ziel dieses Projektes ist die Grundlagen für die Entwicklung von seriell vorgefertigten Systemen (z.B. aus nachwachsenden Rohstoffen) zu erforschen. Mit Hilfe dieser Grundlagen soll eine Basis für die Branche geschaffen werden, um zukünftig innovative und insbesondere auch wirtschaftlich konkurrenzfähige Alternativen zu den aktuell großteils eingesetzten Wärmedämmverbundsystemen mit entsprechenden Kapazitäten am Markt anbieten zu können. Der Fokus wird auf ressourceneffiziente und kreislauffähige Systeme und Baumaterialien sowie eine effiziente und wirtschaftliche Herstellung und Montage gelegt. Begleitend zur Erforschung von technischen Lösungen wird eine ökologische und ökonomische Analyse durchgeführt um das Potential auch entsprechend quantifizieren zu können.

Inhalt des Projektes ist, einen robotergestützten, additiven Herstellungsprozess (3D Druck) für Wandbauteile mit biobasierten Rohstoffen zu entwickeln, wobei die Rohstoffe vorwiegend aus Nebenströmen der Papier-, Stärke- und Sägeindustrie stammen. Gedruckt wird eine Mischung aus Lignin, Stärke und Sägespäne, entweder in Pulverform oder mit Hilfe eines Granulats als Zwischenprodukt. Die zugrundeliegende Problemstellung betrifft vier Themenfelder: (1) Die weltweite Verknappung nicht erneuerbarer und erneuerbarer Rohstoffe (2) die derzeitige hauptsächliche Verwendung von anorganischen Baustoffen (Beton und Stahl) im Bauwesen sowie die (3) bis dato noch ineffiziente Nutzung sowie auch fehlende Kreislaufansätze bei der Verwendung nachwachsender Rohstoffe und (4) die niedrige Produktivität in der Bauindustrie. Es gibt dabei zwei übergeordnete Ziele im Rahmen des beantragten F&E Projektes: (1) die Entwicklung eines biobasierten, vollständig kreislauffähigen Werkstoffs, der ausschließlich aus biobasierten Rohstoffen vorzugsweise aus Nebenströmen (z.B. der Papier-, und Sägeindustrie) besteht und (2) die Entwicklung eines für die Verwendung dieses Materials geeigneten robotergestützten, additiven Herstellungsprozesses für Wandbauteile. Es wird erwartet, dass nach Abschluss des Projektes umfassende Kenntnisse über die Verarbeitung sowie auch zu den chemischen und mechanischen Eigenschaften von dem neuen Material vorliegen. Zudem werden umfassende Erkenntnisse über den additiven Fertigungsprozess von biobasierten Materialien sowie auch ein voll funktionsfähiges additives Fertigungswerkzeug für einen Industrieroboter für Wände bis 200mm Dicke vorhanden sein. Weiters werden umfassende Ökobilanzdaten vorliegen, die die Rohstoffversorgung und den Transport (nach EN 15804: A1-A2), den Herstellungsprozess (A3), den Rückbau (C1) sowie auch eine Prognose für die Nutzungsphase (B) beinhalten. Als Endergebnis wird ein vollmaßstäblicher Demonstrator mit 3 m Länge und 3 m Höhe vorhanden sein. Mit diesem Projekt wird eine vollkommen neue Dimension in Bezug auf automatisiertes, kreislauffähiges, biologisches ressourceneffizientes Bauen erreicht werden.

Ziel des Projektes sind Grundlagenuntersuchungen zur Optimierung von vorgespannten CFK bewehrten UHPC Deckenelementen für eine bestmögliche Materialausnutzung. Beginnend mit einer Optimierung der Bauteilgeometrie werden insbesondere das Verbundverhalten der CFK Bewehrungselemente, der Vorspannprozess und das Tragverhalten im Rahmen von numerischen und vollmaßstäblichen Versuchen erforscht.