Oberflächenmaterialien: Smart, bionisch, interdisziplinär

Im Zusammenhang mit zukunftsorientierten Werkstoffen sprechen Sie von „disruptiven Materialien“. Was hat man sich darunter vorzustellen?

Disruptiv sind Materialien, die das Potenzial haben, konventionelle Materialien, in der Architektur zum Beispiel, zu verdrängen und einen neuen Markt zu schaffen.

Wenn mit Algen Strom erzeugt wird und aus Pilzwucherungen riesige Quader mit der Anmutung von Styropor entstehen, reden wir also nicht über schlagzeilenträchtige Einmal-Experimente, sondern über die Baumaterialen der Zukunft?

Zumindest über einen wichtigen Ansatz für das Bauen der Zukunft. Biobasierte Materialien, baubionische und baubotanische Funktionsweisen haben darin eine wachsende Rolle. Zum einen, weil wir durch den Rohstoffmangel den Fokus auf reichlich vorhandene, in Vergessenheit geratene und nachwachsende Grundstoffe richten. Zum anderen, weil natürliche Materialeigenschaften und Funktionsweisen aus der Natur mit modernen Technologien jetzt erst optimal nachgebaut werden können.

Können Sie die bionische Funktionsweise einmal erklären?

Wir sprechen zum Beispiel heute von 4D-Druck und meinen 3D-gedruckte Objekte, die unter dem Einfluss äußerer Faktoren wie beispielsweise Hitze oder Feuchtigkeit ihre Form verändern können. Denken Sie an die Öffnung des Tannenzapfens bei Wärme und Trockenheit. Durch ausgefeilte Materialkombinationen und kluge Konstruktionen lassen sich solche natürlichen Sensormechanismen übertragen. Wenn dann auf die herkömmliche Abschattung elektrisch betriebener Jalousien verzichtet werden kann, indem vor die Fenster gebaute Paneele allein durch Sonneneinstrahlung ihre Öffnungen schließen und die Hauswand abschatten – selbststeuernd und ohne elektrische Energiezufuhr –, dann ist diesem Argument wenig entgegenzusetzen.

Was wäre ein weiteres Beispiel?

Aktuell in der Markteinführung ist Deton, ein Baustoff für die Herstellung 3D-gedruckter Gebäude, dessen Zementanteil gegenüber normalem Beton verringert wurde durch Zufügen von Pflanzenmaterial und Schaumglas. Das erhöht die Dämmeigenschaften, verringert das Gewicht und macht den Baustoff recyclingfähig, während bei traditionell im Sandwich-Verfahren gebauten und gedämmten Gebäuden hinterher die Trennung der Baustoffe bekanntermaßen schwierig ist. Deton wird im Extrusionsverfahren verarbeitet, also mit großen 3D-Druckern „gedruckt“. Wo ein herkömmlicher Gebäudebau vier bis sechs Wochen braucht, ist ein Deton-Bau in 48 Stunden hochgezogen. Durch Einsparungen bei Material-, Planungs- und Lohnkosten, Transport und Logistik kann Deton um bis zu 40 Prozent kosteneffizienter als traditionelles Bauen sein.

Was kennzeichnet die jüngste Generation der Materialentwicklungen?

Es geht nicht mehr darum, noch eine Komponente auf die vorhandenen draufzusetzen, ein vorhandenes Produkt oder Material durch Zufügen noch besser machen zu wollen, sondern, eher im Gegenteil, um ein „Weniger“. Der „natürlichen Intelligenz“ eines Materials oder Werkstoffs wird mehr vertraut und mehr Beachtung geschenkt. Statt Naturmaterialien in Form zu zwingen, wird nach dem Nutzen gesucht, der in der natürlichen Beweglichkeit eines Materials liegt. Das ist ein radikal anderer Ansatz als bisher.

Welche Bedeutung hat „smart“ hier?

Parallel dazu wird nach Möglichkeiten gesucht, Materialien und Teile, die im Bauwesen eingesetzt werden, zu funktionalisieren, sodass sie weitere Aufgaben übernehmen können. Wie das Handy, das zum mobilen Telefonieren erfunden wurde und heute als Smartphone unser mobiler Manager ist, sodass wir kein Navi, keinen Pulsmesser und oft genug kein Büro mehr brauchen. Es steht prototypisch für die Tendenz, viele Einzelgeräte in einem zu verschmelzen und Dinge zu miniaturisieren, sie also smart zu gestalten. Das selbstfahrende Auto wird irgendwann auch nicht nur als Fahrzeug dienen, sondern als Office, vielleicht Wohnung.

Gibt es schon marktfähige Innovationen?

Eine Forschergruppe arbeitet beispielsweise daran, Oberflächen von Bauwerken zu aktiven Flächen zu machen und fand eine Methode, eine Betonwand zur Energiegewinnung zu nutzen, die Wand also in eine Solarzelle zu verwandeln. Das geht, indem man auf eine Wand aus einem leitfähigen Beton eine spezielle Flüssigkeit als Farbstoffsolarzelle appliziert. Dieser Farbauftrag auf großen vertikalen Wandflächen erfolgt mit einem Druck-Roboter, der zugleich noch mit Sensoren ausgestattet ist, die die besten Stellen ermitteln, an denen sich der Lichteinfall lohnt. Separate Solarmodule, die erst produziert und dann aufwändig an Häuserfronten und -dächern montiert werden, könnten also Auslaufmodelle werden.

Das hört sich nach interdisziplinärem Know-how an. Wer entwickelt so etwas?

Die Forschung fokussiert und optimiert nicht mehr ein Produkt um der Optimierung willen, sondern formuliert vielmehr ein Ziel und steuert dann mit allen möglichen und unüblichen Methoden darauf zu. Um zu unorthodoxen Material-Innovationen zu gelangen, müssen heute unterschiedliche Herangehensweisen gezielt kombiniert werden, auch wenn es dabei manchmal kracht. Ingenieure und Designer zusammenzubringen war immer schon schwierig, da sie unterschiedliche Sprachen sprechen. Doch nur so kann es Realität werden, dass eine Drohne an einem Seilsystem eine vertikale Wand entlangwandert und mittels Sensoren und aufmontierter 3D-Sprühdüse flüssige Solarzellen punktgenau aufdruckt, die hinterher optimal Sonnenlicht speichern.

Dr. Sascha Peters
Foto: Interzum

Dr. Sascha Peters gründete und leitet Haute Innovation in Berlin, „Zukunftsagentur für Material- und Technologieinnovationen“.
Seit 20 Jahren berät der promovierte Maschinenbauer und Produktdesigner Unternehmen aus der Baubranche und der Automobil- und Werkstoffindustrie, erstellt Trendanalysen, führt Technologieanbieter mit Forschungseinrichtungen und produzierenden Unternehmen zusammen und wirkt als Multiplikator dort, wo es um Material-Innovationen geht.