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In Form gewachsen: Forscher experimentieren mit Biomasse

Von: Christine M. Hendriks
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Eingezwängt: Schrauben und Winkel lassen Bambuspflanzen um die Ecke wachsen. Foto: Christine M. Hendriks
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Ein technisches Produkt ernten: Die Kunststoffform für den Kürbis-Sattel stammt aus dem 3D-Drucker. Foto: Christine M. Hendriks
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So macht Forschung Spaß! Anna-Lena Berger präsentiert das Kinderlaufrad aus Bambus. Foto: Christine M. Hendriks

Region. Sie treffen sich montags um 13 Uhr. Der Beamer läuft, auf dem Tisch stehen dicke Ordner, Kekse und Wasserflaschen. Auf dem Tisch liegt auch ein Kürbis, aber mit Halloween hat das nichts zu tun. Munteres Gespräch, Lachen.

„Der Kürbis soll der Sattel werden“, sagt Anna-Lena Beger, Doktorandin und Oberingenieurin am Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus (ikt).  Die Kollegen aus Biologie und Architektur nicken zustimmend.

Es ist ein Kinderlaufrad aus Bambus, das den Kürbis-Sattel bekommen soll. „Wir wollen das natürliche Wachstum von Biomasse für Maschinenbau und Architektur nutzbar machen“, erklärt Manuel Löwer, ebenfalls Oberingenieur am ikt und Initiator des von der RWTH Aachen geförderten Projektes TEPHA (technical product harvesting).

Echtes Neuland für das interdisziplinäre Forscherteam, denn bisher werde das Potenzial der nachwachsenden Rohstoffe in der Technik weitgehend vernachlässigt, sagt Julia Reimer, Biologin am Institut für Botanik und Molekulargenetik. Ziel des „Boost Fund“-Projektes ist es deshalb, schnellwachsende Organismen wie Kürbisse, Bambus und Pilze in Formen wachsen zu lassen, die es ermöglichen, sie als organische Bauteile anstelle von Kunststoff und Metall einzusetzen.

Gut geschützt gedeihen die Sättel für das Kinderlaufrad an der Wand des Gewächshauses hinter dem Biologieinstitut. Studentin Norina Pagano versorgt die nach Erdnuss riechenden Kalebassen, deren kleine Früchte von Kunststoffformen umschlossen sind. Es dauert drei Monate, bis ein Kürbis reif ist und die Form des Kindersattels angenommen hat.

Gärtnermeister Raimund Knauf kommt um die Ecke. Nach zwölf Jahren Erfahrung am Institut ist er nicht nur Herr der Kürbisse. Das Team schätzt seine Liebe zu den Pflanzen sehr und auch den frischen Wind, den er immer wieder mit einem kritischen „Was wollt ihr denn damit?!“ in die Projekttreffen bringt. „Die Arbeit mit den Studierenden macht mir großen Spaß“, sagt er, und es steht ihm ins Gesicht geschrieben.

Kräften standhalten

Damit Bauteile aus Biomasse technisch relevante Funktionen übernehmen können, müssen sie Kräften wie Druck oder Zug standhalten. Entscheidend sei es, materialgerecht zu konstruieren, betont Beger. Die Ingenieure prüfen deshalb Festigkeit und Stabilität mit mechanischen Tests. Ein erstes positives Ergebnis: Der in Form gewachsene Bambus ist stabiler als durch Wärme verformte Bambusstangen, die man zum Beispiel von Gartenstühlen kennt.

Wirtschaftlich wichtig ist auch der geschlossene Recyclingkreislauf der nachwachsenden Materialien. „Wir erwarten eine verbesserte Ökobilanz für unsere organischen Bauteile verglichen mit den konventionellen“, sagt Christoph Kämpfer, Doktorand am Institut für Umweltforschung, der die neuen Produkte ökologisch bewertet.

Der Bambus für den Rahmen des Laufrads steht auf einem Feld hinter dem Uniklinikum. Mit Hilfe von Rohren und Winkeln aus Kunststoff wachsen die jungen Bambuspflanzen in die gewünschte Form. Sogar 90-Grad-Winkel lassen sich auf diese Weise herstellen. Etwas Geduld ist allerdings nötig, denn bis eine Bambusstange stabil genug ist, kann es fünf Jahre dauern. Für die Resteverwertung ist schon vorgesorgt: Nicht mehr benötigte Bambuspflanzen möchte das Team dem Aachener Tierpark Euregiozoo spenden.

Pilze sind keine Pflanzen. „Am Anfang mussten wir erst mal Grundbegriffe definieren, damit wir uns richtig verstehen“, erinnert sich Biologin Reimer lachend. Die Forschung im Einklang mit der Natur birgt viele Herausforderungen.

Man müsse sich dem Wetter und den Wachstumsperioden der Pflanzen unterordnen, stellt Franziska Moser fest, die es als Architektin normalerweise mit nicht-lebenden Baustoffen zu tun hat. Auch gegen die Kaninchen, die am Bambus Löcher graben, lässt sich nur wenig ausrichten. „Naturmaterialien machen nicht immer das, was man möchte“, fügt Biologe Thomas Seiler hinzu, „aber genau das gehört zur Wissenschaft.“

Ein kleiner Backsteinbau hinter dem Lehrstuhl für Tragkonstruktionen: Über Brettern und Werkzeug thront ein bizarres Kunstwerk – der Prototyp eines Hockers aus Myzel. „Myzel ist der Teil der Pilze, der unterirdisch wächst“, erklärt Franziska Moser. Bis aus Pilzen ein stabiler Hocker wird, muss einiges passieren: Buchenholzspäne, die in der Werkstatt anfallen, werden von den Biologen mit Sporen angeimpft.

Nach zwei Wochen füllt die Architektin das von Myzel durchsetzte Holz in eine Kunststoffform, die sie mit einem 3D-Drucker hergestellt hat. Das Myzel wächst in die Form, dann wird der Pilz durch Erhitzen abgetötet. „Nahezu jedes Design ist möglich“, verspricht Moser, und das glaubt man ihr sofort angesichts der Schlangenlinienform des Modells.

Bei der Wissenschaftsnacht

Der erste Schritt ist gemacht. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, in Form gewachsene Pilze und Pflanzen in Technik und Architektur einzusetzen“, fasst Reimer zusammen. Das Team ist überzeugt von dem Projekt und der Kreativität, die es freisetzt. „Wir arbeiten an etwas Sinnvollem“, da ist sich Moser sicher, und genau dieser Gedanke scheint die Wissenschaftler letztendlich anzutreiben. „Klar würde ich mir den Hocker aus Myzel ins Zimmer stellen“, versichert Beger.

Die Forscher wünschen sich, in Zukunft viele Menschen für TEPHA zu begeistern. Am Freitag, 11. November, wird das Forscherteam seine Ergebnisse bei der RWTH-Wissenschaftsnacht „5 vor 12“ in Aachen präsentieren. Zu sehen gibt es Wissenschaft zum Anfassen und Exponate aus dem Projekt. Das Team freut sich auf regen Besuch am Stand im Super C.

Möchten Sie gerne die Wissenschaftler unterstützen? Das Team würde sich sehr über Ihre Teilnahme an einer Online-Umfrage zum Thema „Nutzerakzeptanz von nachwachsenden Rohstoffen“ freuen.

Die Umfrage im Internet: https://www.soscisurvey.de/TEPHA/

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