1. Erforschen – Grundlagen der nächsten Generation von Öko-Materialien

1.1 Was sind Öko-Materialien der nächsten Generation?

Next-Generation Eco-Materialien, oft als nachhaltige, grüne oder umweltfreundliche Materialien bezeichnet, sind Bauprodukte und Technologien, die darauf ausgelegt sind, negative Umweltauswirkungen während ihres gesamten Lebenszyklus zu minimieren – von der Gewinnung und Herstellung über die Nutzung, Entsorgung bis hin zur möglichen Wiederverwendung oder zum Recycling. Im Gegensatz zu traditionellen Materialien, die ressourcenintensiv, energieaufwendig und abfallgenerierend sein können, legen Öko-Materialien Wert auf Ressourceneffizienz, reduzierte Umweltverschmutzung und langfristige Nachhaltigkeit. Sie zielen darauf ab, das ökologische Gleichgewicht zu unterstützen und gleichzeitig funktionale und ästhetische Anforderungen im Bauwesen zu erfüllen.

Um die Bedeutung von Öko-Materialien vollständig zu erfassen, ist es wichtig, mehrere miteinander verbundene Konzepte zu verstehen:

• Lebenszyklusanalyse (LCA): Der Prozess der Bewertung der Umweltauswirkungen eines Produkts in jeder Phase seines Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung über die Materialverarbeitung, Produktion, Lieferung, Nutzung, Wartung und Reparatur bis hin zur Entsorgung oder zum Recycling – wird als Lebenszyklusanalyse oder LCA bezeichnet. Ein geringer ökologischer Fußabdruck in jeder dieser Phasen ist ein entscheidendes Merkmal von Öko-Materialien.
• Graue Energie: Die gesamte Energie, die für die Herstellung, den Transport und die Entsorgung eines Materials aufgewendet wird, wird als graue Energie bezeichnet. Die graue Energie von Next-Generation Eco-Materialien ist in der Regel deutlich geringer als die von traditionellen Materialien wie Stahl oder Beton.
• Kreislaufwirtschaft: Im Gegensatz zum traditionellen „Take-Make-Dispose“-Linearmodell zielt eine Kreislaufwirtschaft darauf ab, Ressourcen so lange wie möglich im Umlauf zu halten, ihren maximalen Wert während der Nutzung zu gewinnen und anschließend Materialien und Produkte am Ende ihrer Nutzungsdauer zurückzugewinnen und zu regenerieren. Da sie recycelbar, wiederverwendbar oder biologisch abbaubar sind, tragen Öko-Materialien häufig dazu bei.
• Ressourceneffizienz: Ressourceneffizienz ist der Prozess, Bauteile mit weniger Energie und Rohstoffen herzustellen, wodurch die während des Baus und Rückbaus entstehende Abfallmenge reduziert wird.
• Innenraumklima (IEQ): Öko-Materialien verbessern häufig die Luftqualität im Innenraum, den thermischen Komfort und das natürliche Licht und reduzieren gleichzeitig die Emissionen organischer Chemikalien. Dies geht über ihre Auswirkungen auf die Umwelt hinaus.
• Ökosystemleistungen und Biodiversität: Bestimmte Öko-Materialien, insbesondere solche natürlichen Ursprungs, können die Biodiversität fördern.

1.2 Was sind Beispiele für Öko-Materialien der nächsten Generation?

Hier sind einige herausragende Beispiele, die die Vielfalt und Innovation in diesem Bereich veranschaulichen:

• Myzelium-Verbundstoffe: Materialien, die aus Pilzwurzelstrukturen (Myzelium) und landwirtschaftlichen Abfällen gezüchtet werden. Sie sind biologisch abbaubar, leicht, feuerbeständig und verfügen über ausgezeichnete Dämmeigenschaften, wodurch sie sich für Dämmplatten, Ziegel und Verpackungen eignen.
• Technisch verarbeitetes Bambus: Bambus ist eine schnell nachwachsende Ressource und kann zu äußerst langlebigen und robusten Bauelementen, Bodenbelägen und Fassadenverkleidungen verarbeitet werden und bietet eine Alternative zu Holz und Stahl.
• Materialien mit Recyclinganteil: Diese Kategorie umfasst Materialien wie recycelten Stahl, recycelte Betonzuschläge, recycelte Kunststoffe (z. B. für Dachziegel, Dämmstoffe) und recyceltes Glas. Die Nutzung von Abfallströmen verringert die Nachfrage nach Primärrohstoffen und minimiert Deponieabfälle.
• Biokunststoffe und Biopolymere: Diese Kunststoffe werden aus erneuerbaren Biomassequellen (z. B. Maisstärke, Algen) gewonnen und können biologisch abbaubar oder kompostierbar sein. Sie bieten Alternativen für Dämmstoffe, Rohrleitungen oder architektonische Oberflächen.
• Selbstheilender Beton: Beton, der mit Bakterien oder Mikrokapseln versehen ist, die bei Rissbildung Heilmittel freisetzen, wodurch die Lebensdauer des Materials verlängert und der Wartungsbedarf reduziert wird.
• Kreuzlagenholz (CLT): Ein technisches Holzprodukt, das durch das Verkleben von Lagen aus Massivholz entsteht. Es bietet ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hervorragende Feuerbeständigkeit und Vorteile bei der Kohlenstoffbindung, wodurch mehrgeschossige Holzbauten ermöglicht werden.
• Phasenwechselmaterialien (PCM): Stoffe, die beim Phasenwechsel (z. B. von fest zu flüssig) große Mengen latenter Wärme aufnehmen und abgeben und so zur Regulierung der Innentemperatur und zur Reduzierung des Energieverbrauchs für Heizung und Kühlung beitragen.
• Hanfbeton (Hempcrete): Ein Biokompositmaterial aus Hanfschäben (dem holzigen Inneren des Hanfstängels), Kalk und Wasser. Es ist leicht, atmungsaktiv, bietet hervorragende Wärmedämmung und bindet Kohlendioxid.

Diese Materialien sind nicht nur theoretische Konzepte; viele werden bereits in zeitgenössischen nachhaltigen Bauprojekten integriert und zeigen ihre Umsetzbarkeit sowie ihr Potenzial, unsere gebaute Umwelt zum Besseren zu verändern (Popescu et al., 2024).