Upcycling von kostengünstigen Holzsortimenten zu Hochleistungs-Bauelementen

Der Holzbau boomt. Basierend auf einer innovativen Zerspanungstechnologie soll ein neues Bauprodukt entwickelt werden für Hochleistungs-Bauelemente. Damit wird es möglich, fast das gesamte Holzvolumen eines Baumes langfristig zu verbauen.

Steckbrief

Beteiligte Departemente Architektur, Holz und Bau
Technik und Informatik
Institut(e) Institut für Baustoffe und biobasierte Materialien IBBM
Forschungseinheit(en) Fachgruppe Werkstoffe und Ökobilanzierung FGWO
Förderorganisation Innosuisse
Laufzeit (geplant) 01.01.2022 - 31.12.2024
Projektleitung Johannes Crux
Projektmitarbeitende Leonhard Seidl
Christof Tschannen
Adrian Roger Hofer
Partner Scrimber CSC AG
Schlüsselwörter Bauprodukte; Scrimber; Bauelemente; Holzwerkstoffe; Nachhaltigkeit; Ressourcen-Effizienz; Kreislaufwirtschaft

Ausgangslage

In der Schweiz wird viel gebaut. Dieser Bauboom erfordert grosse Mengen an Baumaterial. Das angestrebte Bauprodukt soll im Vergleich zu Stahlbeton eine deutlich bessere CO2-Bilanz aufweisen, aber die gleichen Funktionen im konstruktiven Bau übernehmen. Holz als Bauprodukt hat den Vorteil, dass es vergleichsweise energiearm bearbeitet werden kann, im Gegensatz zu zementbasierten Werkstoffen kein zusätzliches CO2 emittiert, und dass ein Grossteil des CO2, welches der Baum während seines Lebens aufgenommen hat, im Gebäude gespeichert wird. Ein Produkt, welches das heute bereits kann, ist das Brettsperrholz BSP. Jedoch ist dieses Produkt stark nachgefragt und dementsprechend relativ teuer. Hinzu kommt, dass die Holzausbeute nicht besonders hoch ist. Scrimber CSC als Produkt greift auf eine innovative Zerspanungstechnologie zurück und ermöglicht dadurch eine nahezu 100%-ige Holzausbeute. Ausserdem können minderwertige Sortimente inkl. Altholz für die Produktion genutzt werden. Im Kern des Forschungsprojektes mit Förderung der Innosuisse und Zusammenarbeit mit Timber Structures 3.0 steht die Entwicklung dieses neuartigen Bauproduktes für die tragende Anwendung.

Vorgehen

Als erster Schritt im Projekt wurde die Herstelltechnologie zur Fertigung der Scrimber Strands, Makrofasern oder Spreissel, nachfolgend «Strands» genannt, festgelegt. Dazu wurde eine Analyse über bestehende Prozesse und Anlagen durchgeführt, und es fand ein intensiver Austausch mit Personen und Institutionen statt, die in den vergangenen Jahren Expertise im Bereich der Scrimber-Technologie aufbauen konnten. Als nächster Schritt wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Intelligente Industrielle Systeme (I3S) des Departments Technik und Informatik eine Walzmaschine entwickelt und gebaut, die in der Lage ist Holzstämme zu feinen Spreisseln zu zerdrücken. In einem weiteren Schritt wurden die Laborstrands hergestellt und zu Laborplatten verarbeitet. Dazu fanden umfangreiche Tests zur Eingrenzung der optimalen Prozessbedingungen statt. Weitergehend werden aus diesen Spreisseln Einschichtplatten hinsichtlich des Herstellungsprozesses und den mechanischen Eigenschaften entwickelt und getestet. Später im Projektverlauf werden diese Einschichtplatten zu Mehrschichtplatten, ähnlich dem BSP, verklebt. Parallel zur Entwicklung werden die ökonomischen Effekte evaluiert. Ein hoher Stellenwert wird auch dem Wissenstransfer mit dem Wirtschaftspartner beigemessen.

Ausblick

Im Rahmen des Projektes soll zusammen mit Timber Structures 3.0 ein neues Bauprodukt entwickelt und nach Projektende möglichst schnell industriell umgesetzt werden. Erste Untersuchungen zu Pilotanlagen laufen bereits jetzt bei Timber Structures 3.0. Das angestrebte Produkt stellt ein Hochleistungs-Bauteil dar und ermöglicht, grosse Mengen an Stahlbeton und anderen Materialien mit im Vergleich zu holzbasierten Bauprodukten ungünstiger CO2-Bilanz einzusparen, ohne dabei hinsichtlich statischer Eigenschaften eingeschränkt zu sein.