Biotechnisch erzeugte „Selbstheilung“ für nachhaltiges Bauen und eine intelligente Erhaltung des Kulturerbes
Im Laufe der Zeit verursachen Witterungseinflüsse und alltägliche Belastungen Schäden und eine Verschlechterung der im Hochbau verwendeten geologischen Materialien. Dies kann die strukturelle Integrität sowie Sicherheit von Gebäuden beeinträchtigen und deren Ästhetik verschlechtern. Bei der regelmäßigen Wartung werden hauptsächlich Oberflächenbeschichtungen aufgetragen, welche die Atmungsfähigkeit des Materials einschränken und dessen langfristige Leistungsfähigkeit beeinträchtigen können. Diese Beschichtungen sind oft auch auf bestimmte Materialien beschränkt. Das von der EU unterstützte Projekt GEOHEAL untersuchte das Potential einiger Materialien zur Auslösung eines automatischen Heilungsprozesses. Dieser Prozess stellt die gewünschten strukturellen oder ästhetischen Eigenschaften wieder her oder verbessert diese sogar. GEOHEAL ließ sich von der Erforschung der bakteriellen Mineralisierung von Kalzit in Zement inspirieren und zeigte die Mineralisierung in verschiedenen Gesteinsarten. „Unsere Technik verbessert die Haltbarkeit des behandelten Materials, ohne seine Atmungsaktivität, ähnlich wie einige chemische Behandlungen, zu beeinträchtigen“, sagt Projektkoordinator Mike Harbottle von der Universität Cardiff, dem Veranstalter des Projekts. Die Arbeit hat bereits unter anderem durch BBC Wales, die Zeitschrift Forbes und die Magazine The Engineer und New Civil Engineer Medienaufmerksamkeit erzielt. Darüber hinaus bot das Projekt die Möglichkeit, an politischen Veranstaltungen zur Innovation in Wales (HEFCW) und an Kommunikationsaktivitäten wie der Europäischen Forschernacht teilzunehmen.
Beeinflussung des Strukturverhaltens von porösen Baustoffen
Es gibt verschiedene Selbstheilungstechnologien für Materialien, die derzeit erforscht werden. „Wir haben eine mikrobiologische Mineralisierung ausgenutzt. Das ist ein natürlicher Prozess, der sich gut für neue oder alte Mauerwerksoberflächen eignet“, erklärt Harbottle. Das GEOHEAL-Team arbeitete mit natürlichen Materialien, hauptsächlich mit Kalk- und Sandstein, die sowohl im Neu- als auch im Altbau üblich sind. Dabei ist wichtig, dass die Materialien porös sind und eine Reihe aktiver Mikroorganismen unterstützen können. Das Team verwendete ein Bakterium namens Sporosarcina ureae, das nicht nur schützendes Kalziumkarbonat (Kalzit) produziert, sondern auch raue Bedingungen und lange Zeiträume als Spore überlebt. Die Bakterien ruhen als Sporen, bis sie zur Produktion von Kalzit angeregt werden, der sich mit Kalkstein vermischt und die Sandkörner im Sandstein zusammenklebt. Der Mechanismus kann einfach ausgelöst werden, indem die Bakterien zum richtigen Zeitpunkt mit Nahrung versorgt werden. Die Behandlung kann mit Sprays, Pinseln oder in Kombination mit in Poren eingebetteten Kapseln durchgeführt werden, die bei der Beschädigung des Steins brechen. Die Veränderung der Mikrostruktur von den Witterungseinflüssen ausgesetzten Materialien durch Bakterien wurde an Mauerwerksproben gezeigt, welche aus dem walisischen Tintern Abbey in Monmouthshire, Vereinigtes Königreich, entnommen wurden. Die biologischen Behandlungen haben die Struktur weder beschädigt noch ästhetisch beeinträchtigt. Das Team fand zum Beispiel keine Farbveränderungen, die vom menschlichen Auge erkannt werden konnten. „In diesen Labortests haben wir auch Hinweise auf eine zyklische Heilung gefunden, bei der das System rauen Witterungsbedingungen standhalten und bei Auslösung reaktiviert werden kann“, fügt Magdalini Theodoridou hinzu. Sie hat die Forschung mit der Unterstützung durch Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen geführt.
Die nachhaltige Nutzung von Materialien
GEOHEAL bietet einen umweltfreundlicheren Ansatz für Bau und Erhaltung. Dies könnte nicht nur die Belastung durch ständige Wartung reduzieren, sondern durch die weitere Verwendung von Bestandsgebäuden auch den Bedarf an Neubauten verringern. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass damit Gebäude repariert werden könnten, die in Konfliktgebieten durch Geschosse beschädigt wurden. Während es in der Entwicklungsphase erfolgreiche Pilotvorhaben dieser Technologien gibt, gab es noch keine weit verbreitete Anwendung. Da die Forschungsstipendiatin jetzt beim britischen www.bbe.ac.uk (Hub für Biotechnologie in der bebauten Umwelt (HBBE)) und an den entsprechenden Projekten beteiligt ist – RM4L und dem EU-finanzierten Projekt SMARTINCS – arbeitet das Team weiterhin an realen Anwendungen. Neben den Gesprächen mit der Bauindustrie hatte das Team Interesse von Organisationen wie Cadw (walisische Behörde für Denkmalpflege) und Highways England bekommen.
Schlüsselbegriffe
GEOHEAL, geologische Materialien, Gebäude, Bau, Verwitterung, bakterielle Mineralisierung, Kalzit, Zement, Kulturerbe, Bakterium, Sandstein, Kalkstein
